《物理学咬文嚼字》（上）

 

 

 

物理学不是在中国发展起来的，而是从西方传过来的。那么这个“传”的过程，本身会不可避免有各种知识和认识上的局限。今天用中文教科书来学物理，从某种意义上说，是一个非常大的缺陷或者不幸。

 

 

今天的主题是我讲我的《物理学咬文嚼字》系列。这个《物理学咬文嚼字》系列到目前为止已经写了78篇，它是从2007年开始的。在这期间，新加坡的World Scientific已经给出版了第一卷、第二卷，下周中国科技大学出版社会出册第三卷。同时在这期间，中国科技大学出版社也出了第一卷的增补版。目前在写的系列应该是从第76篇开始。我计划要把这一套系列写到100篇，到时候分四卷发表。

 

当初为什么想起来写《物理学咬文嚼字》这样一个系列呢？其实故事说起来还是蛮长的，这可能与我自己读博士期间的一个经历有关系。

 

1996年，我把我的博士论文交上去的时候，有一天很碰巧，我们课题组来了一个布达佩斯大学的教授，这个教授看了我的博士论文以后，把我叫到办公室，他问了一句话，他说我不管你后面的公式推导，我也不管你做了什么实验，我只问你一句话，关于你这个博士论文里提供的两个字，一个叫扩散，我们汉语把它翻译成扩散， diffusion，一个我们把它翻译成叫偏析 segregation。他说我只问你，你真认得这两个字吗？你知道这两个字本意到底是什么意思？

 

他这个问题对我冲击很大，接下来他就和我一起分析了这俩字本身，他从词源上，就是从希腊语，从拉丁语一直追这两个字的词源，然后一直追这两个字在物理学到底怎么表示，从而根据这两个概念本身真正的意思，我的博士论文相应地也是做了一些改正，这个工作本身对我促进很大。而且这个工作当时也修订了一个南非的叫Du Plessis一个教授，他在一本书有一个关于segregation的概念。而且非常有趣的是，我多年以后，有一位中国的教授来到我的办公室说要找我聊聊，我说我不认识你，他说你不认识我，但是我们课题组都认识你，我的导师就是那位Du Plessis教授，说你的概念把他的那本书彻底颠覆了，说我们那儿的人都知道你。

 

这件事情对我冲击很大，就是说，当我们做一个科学问题的时候，能不能够本身从文化的角度，从文字的角度，对物理学的概念有一个清晰的、清楚的认识。

 

后来我回国工作以后，在2006和2007年期间，这段时间和当时《物理》杂志的副主编，理论物理所的副所长刘寄星老师我们有很多交往，有很多时候我们都是在讨论物理的概念问题。有一天，刘老师就说，你能不能把你关于这些物理学概念的认识把它仔细的写下来，我可以在《物理》杂志上给你专门开一个专栏。这样的话，从2007年中,《物理》杂志上就专门开了这样一个专栏《物理学咬文嚼字》，大体上我是每个月一篇，所以说一直坚持到现在，转眼也10年了，总共是70多篇。

 

我个人本身之所以愿意一直坚持写这样一套系列，很大程度上也是因为我自己的学习经历造成的。因为我从大学一年级开始，一直到我拿到物理学博士学位，这中间一天没停，我是花了整整15年的时间。我想这个世界上比我拿博士论文更困难的人大概不多了。在这中间，我为了获得这样一个物理学博士学位，当然上了很多物理的课，然后也读了许多物理的书，包括大家可以想象肯定是包括中文版的，英文版的，因为后期又是在德国读的书，肯定包括德文版的。同样物理学的内容，当你读过几种不同语言版本的时候，你就会突然发现有问题了，你会发现可能许多理解上就有问题。

 

有一天我突然认识到，物理学本身的发展应该是在欧洲发展起来的，而且最重要的是它是从欧洲从南往北发展的。最先一开始是出现在意大利，文艺复兴的，就是从伽利略那时候算起。然后往北到了德国和法国，然后再往北比方说荷兰和英国，后来加进来，这些地方是主要的物理学的发源地。

 

物理学传到我们中国，很不幸的是，它不是在我们中国发展的，而是传到我们中国的。那么这个“传”的过程本身，也是从外面引入这件事情本身，已经来说打了折扣了，而在这个过程中，如果把物理学引入中国的人，他本身的，当然不可避免的，他会有各种知识和认识上的局限。我们今天用中文教科书来学物理的话，某种意义上说，这是一个非常非常大的缺陷，或者说是一个不幸。

 

 我可以举一个简单的例子，就是说，我们在中学的时候就会学到一个概念，就叫“对流”，汉字两个字“对流”。我们说对流是热传导的一种方式。如果我们用中文来学的话，许多人自然而然在脑子里面就会有一种概念，对流就是对着互相流动，而且我们中文现在使用这个词也是这个意思，就是一股冷空气和一股热空气对流。但其实你会发现，物理学里面这个概念，对流西文用是convection，它不是这个意思。

 

它本身的意思是说某种物质流把另一个物理量带过去，这才叫convection，而不是对着流。什么意思呢？比方说我们有一盆冷水，我们把一盆热水倒进去的时候，就能够把冷水的温度提高，这个过程叫convection。说的什么意思呢？是说我刚才在这一瓶热水，我把这瓶水倒进来的时候，我同时也把能量带进来了，就是说，convection是允许带过去的意思。

 

那么从这个意义上我们也就理解了，为什么比如说convection也是一个国家会贫穷的一个原因，比方说如果这个国家的某些精英都是人，我们光看人，这人会移民到另外一个国家去的，而如果捎带着他又把财富，甚至把知识，因为人过去了，必然把人所拥有其他东西也带过去了，这就叫convection，叫对流。这也是财富的转移的过程，也是一个热量转移的过程等等。就是说你正确的理解这个字才能够理解相应的物理学概念，也相应地理解了人家同样的词在化学，在社会学里面的应用。就是说你会发现理解就一致了等等。

 

我之所以愿意写《物理学咬文嚼字》，刚才已经说了，很大程度上，第一是我自己理解上，后来慢慢地发现我们中文的表述和西文的表述不一致。另外一方面，慢慢我发现，其实即使是在物理学自身发展的语境中，一个词本身的意义也是不断地变化的，而且最重要的是，许多词汇在它自己发展的语境中，也是从来自于日常词汇而慢慢地才被我们赋予了更多的专业的内容，才显得高大上起来。这一点一个很明显的我想说的例子大概就是我们所说的量子这个概念。

 

我自己是从大学三年级开始学量子力学的。在这之前根本就没接触过量子这个概念。没接触量子这个概念，如果你用标准的所谓的量子力学教课书和经典的力学教课书拿来一比，立马就会对你有个冲击。你会觉得这是什么，我根本不懂。但其实如果我们真正知道这个概念本身的意思，它在西方的语言里面，其实就来自于拉丁语和意大利语。就是说，我在给你谈多少的概念，那么谈多少的概念，你就会发现很有趣的意思，就是如果谈论多少，而这个多少是有单位的话，那么当你谈论一个特别大的量的时候，你就可以不是太严格，而当你谈论的量要接近这个单位量的时候，你就要特别小心，你就可能要遵循一套完全不同的哲学。

 

我可以给大家举个例子，比方说我们的国家，一年的GDP，我们假设是10万亿美元比方说，确切地我不知道。10万亿元就是一个很大的数字。这个数字如果你去算去年的GDP增长的时候，你说它是增加的6.54321%，这大概都没问题。因为你6.54321%乘上个10万亿元，最后得出的数字还是可能不精确，但是你不觉得它很糊涂。但是如果我们谈论了一个量，而这个量和它的基本单位快接近的时候，这时候你会发现，你牵扯到的一些数值就只能是某些特殊的数，然后你处理它这些问题，你就必须小心，甚至采取一些新的处理方式或者哲学。

 

比如说一个简单的例子，就是我们谈论一个家庭人口增加了多少。一个家庭，我们说，以三口人、四口人、五口人、十口人，比方说今年添了一个小孩，这个家庭的人口增加多少，它可能增加33%，增加25%，增加20%，就这几个数。那么如果你说至于家庭他们家人口今年比去年增加了7.128%，那么这句话就非常混账，它不可能正确。这是关于量子这个概念一个最基本的思想。

 

这一点，如果我们知道了，就是所谓的量子仅仅就是谈论多少的时候，你需要采取一种态度以及我们把这种对量的态度，慢慢地引到了我们对一些物理量处理的时候所采取的一些态度也好，或者策略也好，首先你学量子力学的时候就不会害怕，而且同时你会发现它是个日常的词，它和其他的一些概念也可以连到一起。比方我们学量子力学的时候都会说，量子力学从一开始可能它前部基础是原子物理，或者说我们班的量子力学就用到原子现象，那么量子本身和原子，西文叫atom就不可缺，它本身有什么关系？

 

如果我们知道是谈论多少的时候，我们就突然会想起很多故事，能把这两个概念联系起来。比方说我们中国历史上很著名的二桃杀三士。齐国的相国，这叫晏子，就说是一个小矮个，他能够用两只桃把三个勇士，田开疆，古冶子，这样三个勇士给杀死了。那么他用的策略是什么？就是因为桃，当它被用来奖励国之勇士的时候，它是一个不可分的东西，因为它代表我的荣誉，这个桃我能吃着不吃着不是吃一口，是吃这个桃，它代表荣誉，说这个桃不能分。这个桃不能分，两桃要分三个人，就造成矛盾了，所以才会有接下来三个勇士的自相残杀。

 

而反过来，如果我们这三个桃分给幼儿园的小朋友，那么它本身就是可分的，就没有刚才这个概念。这个地方就是一个不可分和量子的概念，是联系在一起的，大家可以看，它不是一定非要到量子力学或原子物理的层面，而实际上根本就在我们日常生活里面就会有这种策略。而这种策略，就是所谓和量子力学哲学有关的策略，其实我们日常生活里常用，而可能许多人根本觉不着。比方说1998年到2000年前后，中关村这一带的小贩卖水果的时候都会用量子的策略。我估计大家可能没注意到。

 

比如说他卖桃或卖瓜，有一段时间他不给你说1块6一斤，或者1块7一斤，而给你说5块钱3斤，或5块钱4斤，有一段时间他的策略是这样子，你会发现就是一个很有趣的策略。因为如果他跟你说一斤1块6，1块7的时候，这时候谈他跟你讲价的策略再落实到钱上面，而钱的单位是人民币分，说1块6就是160分，而是蛮大的数字，他跟你谈说1块5行不行？1块4毛5行不行？这样的话就是说，你要1块6他跟你谈价格1块5、1块4毛5，还不显得丢人，也不是说这个人品怎么地不好。

 

但是反过来，如果你说是5块钱3斤，你会发现让这个买家就处在个没法谈价的层面上。为什么呢？你把销售量先定了，3斤或者4斤，或者5块钱的，那么他怎么跟你谈。他说5块钱你多给一点，给3斤一两，这句话他开不出口，它会显得这个人，你这个人人品怎么这么差，5块钱3斤，这就是一个量子策略非常好的使用，把买家置于一个非常不利的，没法还价的地步。

 

理解这些基本的思想，反过来看我们量子力学除了许多问题，其实你就会发现，它就是来自日常生活的智慧。如果从心理上你消除了对这些学问，就是你消除这样一种，从一开始你把它认为是一个高大上的多复杂的，多难以理解的理论，这样一种恐惧感的话，或者生疏感的话，我想它对学习应该非常有帮助的。

 

这个问题就来了，如果是以斤为单位的时候，你从5块钱3斤还价到5块钱4斤的时候，你算算你自己觉得合适吗？就是他们那个相当于什么？就有点像我们量子力学讲的能级差，那个差别太大了，就是你这个话开口显得你这个人品很差。5块钱3斤，还到3斤1两，显得你很计较，你还到5块钱4斤，你这个人很过分。你就会发现，这个就是一个存在日常生活里的智慧。

 

另外一个日常的智慧也体现在，我们刚才说不可分就是说这个量是分立的，1234这种整数的，和那种可分的概念，这些物理量，你处理的时候态度都是不一样的。比方说我们辣椒炒鸡蛋，就相当于你把鸡蛋打成糊糊，就有连续的概念。辣椒炒鸡蛋到底是辣椒多还是鸡蛋多，这个事情你大概就说不清楚了。

 

所以当年任安徽省军区司令的皮定钧将军，他就认识到有这个问题，他就有个规定，在我的部队的里面没有炒鸡蛋，没有鸡蛋汤，给士兵吃鸡蛋就是按个儿发下去，只有煮鸡蛋。这个地方其实他就是利用了鸡蛋本身有一个天然单位的事实，因为一个就是一个。那么你给一个士兵发了鸡蛋，也许有点大小的差别，但是一般都差不多的话至少它不会出现特别严重的矛盾，但是如果你用炒鸡蛋的形式的话，到底是鸡蛋炒辣椒，还是辣椒炒鸡蛋，这个事情就是自由心政的问题了。

 

所以这都是量子力学里在日常生活的一种策略。而真正量子力学变成一门学问，它一个很关键的问题在于人们认识到能量这个概念，就是光的能量，竟然也是有基本单位的这样一个事实，这样的一个观念冲击了我们对自然、对物理的理解。