PDF《物理学咬文嚼字之七十》

193 物理学咬文嚼字 ・44卷(2015 年)

3 期 免又节外生枝. 力学当然存在.自从力被当作 运动的原因,此后又被当成运动改 变的原因,人们就一直在为这个力 赋予性与形.力,就是为改变物体 运动状态所作的努力(effort).英文 的the theory of force, 德文的die Lehre der Kraft,才是力学.奥斯特有 未出版的 theory of force,麦克斯韦 有On Physical Lines of Force(1861), 这些都是力学曾经的辉煌.随着人 们对运动和相互作用的认识不断深 入,force 的概念已经退居到无关紧 要的位置,把mechanics 混成 theo- ry of force 已越来越不合时宜.不幸 的是, dynamics 和mechanics 在汉 语中已经固化为(动)力学了,把 《理论力学》 、 《电动力学》 、 《量子力 学》和《热力学、统计物理》这些 学问望文生义地理解成力学,贻害 不浅.可叹! 力学是物理学最早的内容,从 力学发展过程中建立起的概念和方 法论很大一部分后来被移植到电磁 学、热力学等领域. 弄清楚那些我 们汉语中用 力学 一概而论的各 物理学分支的同异,或有益于对这 些学科的学习.

2 Statics Statics,静力学,力学中研究 静止或者平衡的那部分学问.这个 字和 state,stand 同源,立着的意思 (do you understand?),汉译静力学中 的 力 字属于翻译时硬塞进去 的.Statics 可能是物理学的源头. 当年我学静力学,计算用滑轮拉一 个物体需要用多少力这件事时,总 觉得哪里不对劲,因为我觉得用多 少力去拉取决于你有多少力好使. 后来才明白,这是出静力学题的人 根本忘了说明白静力学是研究静止 或者平衡的学问,计算用滑轮拉一 个物体需要多少力这种题目是假设 刚刚好能拉动物体的,即拉动造成 的运动过程其加速度几乎为零.其实,更重要的一点是假设摩擦力为 零或者摩擦力恒定.摩擦力取决于 材料的性质和具体的动态过程,拉 动一个物体的实际物理过程,远比 静力学所展现的图像要复杂得多. 编教科书的专家及照本宣科的物理老 师们不懂这些,学生们只好郁闷着. 由statics 衍生出了 hydrostatics 和electrostatics 等.Hydrostatics, 汉译流体静力学可能是成问题的, 因为这里的词头hydro- 是水的意思,不是广义的流体.流体静力学 有专门的名词,fluid statics.巧克 力酱的静力学和 hydrostatics 可是有 重大区别的.带hydro-的词头,还 是用水翻译比较准确,象hydrostat- ic pressure,人们就把它翻译成静水 压.这里的 statics 是要强调在所考 虑的情境中,流体其实是不流动 的.类似地,electrostatics, 静电学,假设电荷是不动的从而计算位 置固定的电荷所引起的势能等物理 量,或者因缓慢运动(但无加速度) 由电流带来的磁效应.有趣的是, 水不流动的情形常有,而电荷不运 动的情形没有吧.但是,西方人在 发展物理学时在有 electrodynamics 之前先得出了electrostatics.静电学 可以说是出自纯抽象的思考,对于 电荷可是很难有任何直接的观察 的.西欧那一片土地(包括英伦三 岛)如何能产生近代科学,实属匪夷 所思,鄙人以为关于这个奥秘的科 学史、文化史意义上的揭示还远远 不够.

3 Kinematics Kinematics来自希腊语的κ?νημα (movement, motion), κινε?ν(tomove), 汉译成动理学.这个词是安培造的, 一开始是法语形式的cinématique (庞加莱就有以 cinématique 为题的 书[3] ), 这肯定提醒了你cinema/cinéma 这个词是怎么来的.Cinéma,英文 为比较粗糙的 movie,德语的 kino 干脆就是希腊语κιν?的转写,中国 话称之为电影――静止的照片的投 影变得活动了 2) . 按照字典的解 释,kinematics 是一门关于运动的 mechanics 分支,不涉及力或者质 量,即只谈运动(包括速度和加速 度),不涉及原因.伽利略的力学中 是没有力与能量的概念的,他那时 无法测量这些量,因此只能以定性 的方式谈到它们.伽利略关于运动 的描述构成了kinematics的大部分内 容.动理学包括对质点、物体和物质 体系的运动的描述,因此也叫 geom- etry of motion(运动的几何学).以时 间 t为几何参数,数学家们还专门发 展出了kinematic geometry 这门学科.这样,就容易理解欧拉关于刚体 转动的欧拉角描述方式,相对论时空 的洛伦兹变换等内容的几何实质了. 与kinematics 相关的有 kinemat- ic theory(动理学理论,见下文),如the kinematic theory of wave propaga- tion (波传播的动理学理论),the ki- nematic theory of rapid human move- ments (人体快速运动的动理学理论) 等,后者是机器人领域要研究的内容.