
物理学术语体系中充斥着看似熟练实则生分的词汇,这些术语可能仅仅一些常见词汇,但在日常用语中却有着不同的含义。举例,conserve这个单词既可暗意“神圣”“防御猝然”,也可看成物理学术语,暗意“守恒”;energy既能暗意“能量”,也能暗意“动力”。是以,当这两个单词组合在一王人时就会产生歧义:词组conserve energy暗意“神圣动力”,而energy is always conserved则暗意“能量永远守恒”。
这些沿用百年的基础看法,是东谈主类探索天地领略轨迹的水灵载体,其演变历史恰是物理学突破领略鸿沟的缩影。
一个更严重的问题是,迄今为止诸如“力”(force)、“质地”(mass)等基本看法,照旧偏离了物理学家对其定名时的本义。这导致咱们用来阐释物理的谈话,反而隐私了天地初始划定中最精妙迷东谈主的发现。
或者有些科学家以为,词语终究仅仅表象,即使它们表意不够明晰准确也牛溲马勃,毕竟物理学的根基是实验和数学,这些才是关节地方。不外,天然数据和方程式如实至关进击,但物理学家需要通过谈话向同业及非专科东谈主士传递念念想——当措辞腌臜晦涩时,他们对于天地的压根领略便可能被诬蔑。
为此,表面物理学家马特·斯特拉瑟决定对物理学术语进行深入认识,探究3个看似约略的物理学术语的演化历史,看它们是怎样成为容易让东谈主一不留心就上圈套的“谈话陷坑”的。他指出,此类具有行使性的术语和隐喻在物理学家的话语体系中屡见不鲜——停驻脚步注视它们,能够让东谈主获取一幅更明晰、更长远且更贴切的现实天下图景。
原子:从“不成分割”到“不错分割”
需要重心认识的第一个词是“原子”(atom),因为这个词的词义演变历程尤具启发性。
“原子”的词源可回首至古希腊形而上学家留基伯过甚弟子德谟克利特,他们建议“物资由不成落魄的眇小基本粒子组成”——在职何情况下,粒子都被以为齐全调换且不成分割,故被定名为atom,这个词源自古希腊语atomos,意为“不成分割的”。
直到19世纪初,化学实验才阐发悉数物资如实由氢、氧、碳等基本元素组成,且每种元素都由眇小而调换的实体组成。那时,欧洲科学家熟知古希腊形而上学念念想,因此约翰·谈尔顿等化学家自相关词然就沿用了atom之名。历经初期界说脱过时,到了19世纪中世,atom看法终获竖立,其含义与当天所指“化学元素的基本单元”调换。
原子看法图(图/Pixabay)
相关词,跟着物理学的发展,“原子”自身所包含的“不成分割”的含义被慢慢冲破。20世纪初发现电子后,东谈主们很欢叫志到,电子身处原子的外缘,在化学响应中被剥离并转化至其他原子。而在原子里面,电子所带的负电荷与原子核所带的正电荷相互中庸,而原子核自身一样可被分割——所谓原子不成分割的说法就此歇业。
关联词,此时的atom一词已深入东谈主心,数十年的学术论文与学术研讨都依赖这个术语,不管从推行操作照旧心思领略动身,更换术语都非易事。正因如斯,尽管科学家们已知原子可被分割,但仍保留atom之名,仅仅诊治了它的界说。词汇在谈话中具有的握久生命力,由此可见一斑。
力:从“推拉”到“相互作用”
原子与自身称呼的矛盾虽令东谈主莞尔,却牛溲马勃。因为,除非你适值学过古希腊语,不然小数会对atom的词源本义产生共识。但物理学中的其他一些表述,却潜伏更大深邃。
咱们来探究一下“力”(force)这个词所激发的矛盾。它在日常英语中既可作动词,暗意“使劲”;也可作名词,暗意“力量”。17世纪末,当牛顿竖立通顺定律时,这个词就获取了精准的科学含义——他用这个术语指代某物体推拉另一物体所用的力量大小与标的,这种“力”会蜕变被其作用物体的通顺景象。牛顿常以拉丁文写稿,是以使用vis一词,但在用英文表述时将其译为force。尔后的两个世纪内,物理学中“力”的界说长久明晰,因为该界说与英语中“力”的方法直不雅含义相吻合。
但矛盾正在酝酿。19世纪,科学家发现静电诱导源于所谓的“电场”。与之相对应,磁场则是磁铁吸附金属物体的才能泉源。相关词,东谈主们很快又发现了这些场域中与推拉无关的其他作用。最进击的是,这些场中的波动以被咱们称作“光”的阵势表现。这两种场还参与原子对光的辐射与给与,以过甚他多种奇异效应。
物理学家需要为通盘“电磁景色”的类别定名——既要涵盖推拉作用,也得包含光过甚与物资的相互作用。他们濒临两种遴荐:要么创造新术语来统合悉数经过,将“电磁力”狂妄为推拉作用;要么膨胀旧术语的界说,使其囊括悉数景色。物理学家们最终遴荐了两种有狡计并行。
物理学家在研讨电磁效应频繁使用“相互作用”(interaction)一词,举例“激光、火光、化学响应和电子碰撞皆由电磁相互作用激发”。物理学中,这个词的含义接近其在日常英语中的本义,指东谈主与东谈主或物与物之间激发活动变化的互动或斗争。这个词非常贴切,可惜并未得到更鄙俚使用。
科学家们也常以“力”(force)替代“相互作用”,将电磁力视为悉数电磁经过的根源。这种用法存在问题。举例,科学家们用force来指称4种“基本力”:引力、电磁力、强相互作使劲、弱相互作使劲。在此经过中,他们将引力的牵引效应与时空悠扬(即引力波)等量王人不雅,统称其为“由引力所致”。
物理学家无意还会说,“弱相互作使劲驱动着太阳和超新星,并导致某些原子核衰变。”但这种表述极易被诬蔑,让东谈主以为这些进击效应是通过推力或拉力已毕的,但推行上它们触及的远远不啻传统意旨上的“力”,而是粒子从一种形态向另一种形态的升沉。
粒子:从“盒中沙粒”到“波的扩散”
对“力”的词义认识,问题尚且可控,但“粒子”(particle)一词则将问题推向更高维度。
“粒子”看成物理学术语,一样具有多重界说。其中一种保留了方法英语中的原始含义,但另一种界说却与咱们习用的看法存在部分冲突。这种歧义可能激发严重诬蔑,无意致使连科学家都难以幸免。
粒子看法图(图/Pixabay)
在日常用语中,典型的“粒子”就像一粒沙子。它很约略,看起来像个小点。若被抛出,它会沿着狭小的轨迹移动;若置于盒中,它便静止不动。当据说电子是基本“粒子”时,咱们天然会假想它是个更小的点,或者小到不成分割。这种对粒子的直不雅领略,塑造了咱们对电子活动模式的预设。咱们会假想通顺中的电子如同“沿着狭小径径行进的点状物”。若将电子置于盒中,不管箱体大小,咱们便会遐想它静止不动地栖居其中。
这如实是科学家在电子发现后数十年内的领略。但如今咱们知谈,电子齐全不是这么。不同于沙粒,电子是一种眇小的波——这一性质会以多种格局表现,在此仅举两例证明。最初,盒中的电子并非静止不动,而是每秒振动一万亿(10²⁰)次。而这恰是波的特点:吉他弦被拨动时酿成的“驻波”,等于天然振动却不移动的典型例子。其次,波的扩散格局与粒子迥然相异,这使其对容器极为敏锐。电子会对所处空间的阵势与尺寸产生响应。举例,当装载电子的盒子平缓时,电子能量便随之增多。
相关词电子也非正常波,因其不成分割的特点而区分于声波或水波。正因如斯,自1920年代起,部分物理学家便建议“波粒”(wavicle)这一看法,用以暗意波的最小不成分割单元。这个术语比拟贴切,因为它在英语中毫无历史牵涉,幸免了既有含义激发的领略轻侮。其簇新进程能够目田念念维,让东谈主得以构建起一个同期区分于粒子和波的新看法。缺憾的是,particle一词在物理学术语中的根基,如同20世纪初的atom那般深厚,试图用wavicle来取代它,就怕很辛苦手。