物理學咬文嚼字之八十六:導引

2021-02-20 中國物理學會期刊網

The unspeakability of nature is the very possibility of language1).

——James P. Carse in Finite and infinite games

文字的力量,我們常常是察覺不到的。

——六神磊磊

生命的過程,就是和環境交換物質(如果對植物來說,光也算作物質的話)的過程。物質,包括水、空氣和其它概稱為食物的東西,在生命體中進進出出,進講究攫取正確的內容且放到正確的地方,出則要及時通暢。這中間的過程包括物質的重組以及伴隨的能量轉移(從整體上看,生命總要向環境中放出熱量)。有人把生命過程理解為能量交換的過程甚至熵的交換過程,那估計是因為物理學得太多了。生命得以維持,其必須能動地主導物質的進出過程,即加以導引。我們的祖先早就明白了這個道理。漢張仲景的醫書《金匱要略》中有「導引吐納」的提法,道家還發展出了成套的「導引吐納」功法,其中八卦掌就是將武功與導引吐納融為一體的武術。導引可逐客邪於關節,參詳痛風發生的機理,始知老祖宗的見識果然不凡。

導引如此重要,關於導引的詞彙自然會常見於日常詞彙,進而散見於科學文獻。有導引意思的一個關鍵拉丁語動詞是ducere,to lead,to guide。這個詞的同源詞還出現在當代義大利語中,比如墨索裡尼就被稱為il Duce,其德國同伴為der Führer,字面上是領路人的意思。漢語一般將之譯為元首,是生怕和對應的漢語概念沾上邊。前綴加上duce 和duct 構成了很多含有導引意思的英文詞彙。比如,abduct 和adduct,一個是朝遠處引,一個是往其上引,故abduct 生理學上指肢體外展,而adductor 則是內轉肌。作為動詞,abduce 是誘拐、劫走的意思也非常容易理解,adduce 可譯為添油加醋, 如The theoretical facts adduced above have been familiar for thirty years (前述往上綴加的理論事實已為人熟知三十年餘)。西文與導引有關的常見科學術語包括conduction, deduction, induction,introduction, production, reduction,transduction,等等,因為科學的發展它們也可能被附加上一些新的內容;而漢譯則一如既往地難免歪曲和添加。

在現代英語中,由ducere 而來的名詞duct,意思就是管、管道。可將名詞置於duct 前面構成複合詞(拉丁語詞根則要連寫),如tear duct(淚管),bile duct (膽管),oviduct (輸卵管),spermaduct (輸精管),viaduct(高架橋)。若欲強調管道之小,就用ductule。進一步地,由duct 可得形容詞ductile, 本意是容易被導引、原意服從的,可用來形容人,見於a ductile person。Ductile 作為科學概念,形容材料容易延展,名詞ductility 就被漢譯成延展性。延展性幾乎是材料能否做成線材的指標。Ductile 的反義詞是fragile (脆的)。拉伸一個材料,脆性材料和延展性材料的斷口不一樣,completely ductile materials (完全延展性材料)的斷口是錐形的(圖1)。Ductile materials,有塑性材料、延展性材料、韌性材料等不同譯法,塑性(可成型)可能更貼近ductile的原意。

圖1 材料拉伸造成的斷口(a)脆性材料;(b)延展性材料;(c)完全延展性材料

前綴con- 的意思是together。動詞conduce 有to contribute, to lead的意思,但一般使用中更接近to contribute 的意思,比如「The quiet conduces to thinking about the darkening future (寧靜有益於思考黑暗的未來)。」Conduct 作為動詞則是導引、傳送的意思,如The shaggy steed offers to Conduct the prince upon a quest through harrowing trials of fire and flood (毛髮蓬亂的坐騎要引導王子踏上去經歷血與火之折磨考驗的探尋之旅), copper conducts electricity ( 銅導電), to conduct an orchestra (指揮一個樂團),to conduct research (開展研究)。由conduct 而來的名詞conductor,意思之一是樂團的指揮,在物理上則是導體,如thermal conductor(熱導體),electrical conductor(電導體)。與conductor 相對的是insulator (絕緣體)。Insulator,來自拉丁語insulatus,和island,isle(島)同源,取孤立之意。從能帶結構上區分電導體和電絕緣體是量子力學的一個偉大成就。那些能隙不是很大的絕緣體被稱為semiconductor(半導體)2)。有人在半導體的教科書裡加了一張樂隊指揮的漫畫,名之為semi-conductor,估計作為華人的作者是想告訴我們可以把semi-conductor 當作雙關語理解為半吊子指揮吧(圖2)。

圖2 Semi-conductor (半吊子指揮) 和semiconductor (半導體)

此外,由conduce 而來的名詞conduit,就是指各種導管。

Deduction 和induction 兩個詞是我讀文獻時最發憷的兩個,我一直弄不清楚哪個是歸納,哪個是演繹。前綴de- 和in- 分別是往外和往內的意思,那induction 是歸納應該沒錯了。Deduction,往外引,漢譯為演繹,是否與evolve (轉著往外)被譯成演化有關,未知。繹,抽絲。抽絲剝繭,抽不斷,即為連續,所謂絡繹不絕是也。繹字見於尋繹,所謂「尋繹義理,理其端緒」。用演繹一詞翻譯deduction,應該算是好選擇。

Deduction and induction 作為哲學概念,實在不易理解。Metaphysical deduction (形上學的演繹),transcendental deduction of the categories(關於類的超越演繹), inductive logic(歸納邏輯),這些概念是西文還是中文對我來說都是一頭霧水。按照字典的說,induce:to draw (a general rule or conclusion) from particular facts (歸納,從特例得出一個一般性的規則或者結論);deduce:to infer by logical reasoning; reason out or conclude from known facts or general principles (演繹,通過邏輯推理從已知事實或者一般原則導出事實或結論)。數學家波利亞給我們寫過《數學中的歸納與類比》。閱讀此書可以理解數學上induction 到底如何進行。Deduction 也可以譯為推導,如deduction in geometry (幾何裡的推導), automated deduction ( 自動推導)。

Induction, 以及同源的induce和inductance,在物理語境中常被翻譯成感應,應該算是個錯誤。動詞induce 可以用來表示物理的因果律,electric field induces polarization in electrics(電場誘導電解質的極化),導致了電偶極矩(induced electric dipole moments),這當然是眾多電場誘導現象(electric field induced phenomena)之一。Induction,談論的是induce (誘導)的現象或結果。Induce, 譯成誘導, 則知是主動的;而感應,強調的是受體,把induction 翻譯成感應不知不覺中就把敘述對象給調換了。孤立地談論電磁誘導現象,理解為感應或許無礙,但是在整個大的語境中,誘導當作感應就會造成誤解。感應,響應,還是用於談論刺激—響應(stimulus—response) 這一基本物理學情景才好。舉例來說,induction coils,感應線圈?亥姆霍茲線圈包括兩個相同的、按同軸構型的線圈,中間部分沿中心軸的magnetic filed induction 大致恆常,因此這是一個產生均勻磁場的常用器件。Magnetic field induction,不是磁場感應,人家說的是作為電流誘導結果的磁場!法拉第電磁感應(誘導)現象是1831 年發現的,變化的磁場會誘導出電場(公式為E = - dΦ/dt,其中Φ 是磁通量),在線圈中會表現為一個electromotive force( 電動勢)(圖3)。按照英文敘述,a time-varying magnetic field induces an electromotive force in nearby conductors,which is described by Faraday's law of induction,注意這裡動詞induce是不折不扣的主動式。通電流的這個一級線圈(primary coil) 被稱為inductor,可見induction,inductance都是要按主動含義來理解的。自然,mutual induction 強調的也不是互感,而是互誘!

圖3 法拉第電磁誘導現象的發現。左側的電場驅動一個線圈,小線圈在大線圈中上限運動,會產生一個電流

Inductance 被漢譯為感應係數,也值得商榷。Inductance 當然不只是個係數,它還是現象本身。如下句首先強調inductance 是電導體的一種性質:In electromagnetism and electronics, inductance is the property of an electrical conductor by which a change in current through it induces an electromotive force in both the conductor itself and in any nearby conductors by mutual inductance。在公式V (t) = Ldi(t)/dt中,L和作為原因的電流變化率的乘積給出了誘導得到的電壓。在這個式子裡,它是個係數,但是作為物理量,它反映的是這個導電體(electric conductor)作為誘導者的角色(inductor) 的一種能力。Inductance L 所包含的物理,遠不是一個漢語的係數所能說清楚的。

利用法拉第電磁誘導現象,兩個induction coils (一般會加個磁芯)就構成了一個transformer。Transformer被漢譯成變壓器,太隨意了些。這個器件首先是為了transfer the power(傳輸電力),它改變電壓,但可不止這些,相位、頻率也是transform的對象。倘若transformer是變壓器,那如何翻譯constant-potential transformer,等電勢變壓器?第一個transformer是1885年發明的。

順便說一下,deduct 有減去、扣除的意思,正是其本意。與其意思接近的是subduce (subduct,subduction),譯為扣除、去除,其字面意思就是從中導出。

Introduce 是往裡導引。一個人introduce himself 就是要把自己引薦入別人的圈子(the circle of friends,朋友圈), introduce a product into a market 是要把一個產品推入市場。嚴格說來,let me introduce somebody to you 和I will introduce you to this technique 都是錯誤表述。把introduction 漢譯成「介紹、引見」會帶來誤解,只有「intro-」意味明顯的情景才可用introduction,如the rabbit is a relatively recent introduction in Australia (兔子是新近引入澳大利亞的),introduction of impurity atoms into a semiconductor (向半導體中引入雜質原子),等等。一般書籍的第一章是introduction, 漢譯導論、引言,其目的是把讀者帶入該書預設的情境中去, 所謂set the scence。

Reduction 的前綴re- 是back 的意思。Reduce,字面上的意思是引回、拿回,醫生reduce a fracture or dislocation(使骨折或脫臼復位)是正確的用法和譯法。當我們把reduce the rent,reduce the speed 譯成減少租金、減少速度時,要記得其有復原、還原的意思。Reduction reaction,漢譯還原反應。在例如化學反應Fe2O3 + 3CO→ 2Fe + 3CO2中,Fe3+ 被還原是說其失去的電子又找補回來了。不過,化學上似乎是把獲得電子的過程一概稱為reduction。見到「be reduced」就譯成「被還原」是成問題的。句子「we are therefore reduced to do something……」可不是說我們被還原了,它的意思是說我們被導引回頭且是去面對一個更簡單容易的情形。

Reductionism, 還原主義, 在哲學上可能有不同的詮釋,在物理學語境中其內涵則是明確的。還原主義認為存在總有simpler and more basic (更簡單、更基本的)構成,比如物質由原子組成,原子由電子加原子核組成,原子核由質子和中子這樣的核子(nucleon)組成,而核子由夸克組成。這個還原主義的鏈條只有不多的幾節,夸克就遭遇了禁閉而不再洩露其下層構成(自然也就無法認定有之)。物質還真不是無限可分的。還原主義還遭遇了emergentism。Emergentism這個哲學名詞我不知道如何翻譯,與其相關的emergence,emergence phenomenon,也未有一錘定音的譯法。Emerge 意思是突然冒出,可參校的是動詞evolve 是轉著冒出來,後者被譯為演化。Emergence phenomenon,我願意稱之為驟生現象,是指個體數量規模到一定程度上體系才會表現出來的性質。其中隱含的思想,就是安德森的名言「more is different(多者異也)。」

邏輯學上, 有歸謬法或者反證法的說法,並認為是對拉丁語reductio ad absurdum 或希臘語ἡ εις το αδυνατον απαγωγη 的漢譯。實際上, 有reductio ad absurdum 和argumentum ad absurdum 的區別,前者若是循著減的過程歸而見荒唐的話,後者就是往上加直至結果變得荒唐,這是兩種不同的論證操作。

Transduce 的前綴是trans-,over的意思,transduce 就是導引過去。Transducer,漢譯換能器倒不是翻譯的錯,英文一般也是這麼解釋的,a transducer is a device that converts one form of energy to another。然而,這個說法是唯能論泛濫的產物,認為能量可以從一種形式變為另一種形式。這種論調當能量在19 世紀再次被introduced into science 的時候, 很時髦。其實,不同的運動形式可以總結出個能量來,在運動形式的induce 或transduce 過程中可以得出能量(quantity of energy)守恆,但並不可以理解為能量形式的轉化。能量是關於物理體系可賦予的一個量,它既不產生也不湮滅。在發光二極體(photodiode), 壓電探測器(a piezoelectric sensor), 和熱偶(thermocouple) 這些所謂的換能器中,僅僅說光能轉化成了電能、機械能轉化成了電能或者熱能3)轉化成了電能,根本就不足以解釋它們的工作機理或表徵具體轉化過程。當然,明白人還是有的,我們也能讀到usually a transducer converts a signal in one form of energy to a signal in another (transducer 的功能常常是把一種能量形式的信號轉換成另一種能量形式的信號),此為正解。當電信號調製電壓驅動簧片振動引起聲音時,電能是要被消耗掉的;而聲音驅動簧片振動去調製電信號時,電信號的產生所消耗的可能也是電能而非振動對應的機械能,換能的說法並不成立。

Ducere 衍生出了大量的科學概念。作為一個中國人,學過歸納法,學過電磁感應現象,當我有一天知道所謂數學的歸納法和電磁感應是同一個induction,實在是感慨良多。要是早點明白這些紛亂概念的同源性, 這什麼哲學、數學、物理學的學習應該不會這麼難吧?

1) 自然的不可言說為語言提供了可能性。

2) 金剛石帶隙5.5 eV,是絕緣體裡的絕緣體,但也偶爾被稱為半導體。沒辦法,沒有嚴格標準。

3) 熱能,包括熱力學中的內能、自由能等,其與光能或者粒子動能更不是同一種意義的量。

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