《物理学咬文嚼字》曹则贤著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《物理学咬文嚼字》

【作　者】曹则贤著

【页 数】 231

【出版社】 合肥：中国科学技术大学出版社 , 2019.04

【ISBN号】978-7-312-04660-5

【价 格】78.00

【分 类】物理学－名词术语－研究

【参考文献】 曹则贤著. 物理学咬文嚼字. 合肥：中国科学技术大学出版社, 2019.04.

图书封面：

图书目录：

《物理学咬文嚼字》内容提要：

物理学需要一种叙述性的语言作为其载体。不幸的是，这门语言不是我们的母语。不同的语言可能呈现给学习者不同的物理图像，而不同的文化会塑造研究者不同的风格从而将物理学导入不同的方向。用中文表达的物理学，因为其间还要经过一个翻译的过程，则那些物理学概念本来的一些内在关联，就在不知不觉中丢失了。有些概念甚至会被完全曲解。中国科学院物理研究所曹则贤教授在科研教学之余，长期关注物理学在中国传播过程中所遭遇的语言问题。通过比照重要物理学文献的英德法文原文，他对用中文修习物理学所遇到的一些因语言问题造成的缺憾，有了深切的认识。2007年7月，曹则贤教授在《物理》杂志上开辟“物理学咬文嚼字”专栏，为用中文修习物理学者说文解字。本书收录了“物理学咬文嚼字”专栏文章的第55-75篇，涉及夸克、量子、温度、熵等重要概念的起源，是一本值得物理学研习者珍藏的参考书。

《物理学咬文嚼字》内容试读

五十五

Imaginary images凡所有相皆是虚

《金刚经》

世事无相，相由心生。

《无常经》

万象皆宾客。

张孝祥《念奴娇·过洞庭》

摘要物理学涉及各种images,要凭借imagination为世界构造图像，且要运用各种imaginary的工具。虚数的虚对应的是虚像的像。虚像与虚数一样，未必不是real的。

物理学是以人的感知为基础的。力学，不用说，来自推拉提举的生理感知。声学，当然是因为我们的耳朵能听到声音。电学好象与感觉无关，其实在电(化)学发展的早期，科学家们是用舌头作验电器的。光学，现在的photonics,relativity和quantum optics是关于光的学问，而经典的optics实际上是关于视觉的。当然，眼晴本身不足以完成视觉，就象皮肤和耳朵不能完成感觉和听觉

一样，这些感官是通过神经连到大脑那里去的（类似数据线将探头连到计算

咬

物理学久嚼字《：

机)，在那里完成了数据的加工处理并作出反馈的决策①。由此也就不难理解，当一门物理学分支从具体的感知现象开始发展到后来，也会有从初步的、外在的感觉到纯由大脑思维的过渡，就象热力学，从纯粹的冷暖感知最后演化成了公理化的热力学、用外微分表示的热力学。这大约就是具象到抽象的过程。

汉语的相、象和像，很大程度上用法是相通的。相(outlook),指外貌、相貌，出现在照相机、相面等词汇中。象，类似英文的phenomenon,出现在现象天象、假象、赫赫可象、意象等词中。象，很抽象的哦。像，相貌相似之意，据说“然韩非之前只有象字，无像字，韩非以后小篆即作像”。画像，像章，不是强调它们也是picture或image②，而是强调其上的图形和真人相似度高，因此是画像。Image作为动词是模仿、使相等的意思，这后一点严格对应中文的“像”。笔者在使用相、象、像这三个字时，有时会感到含糊。比如，到底是相片还是像片？好象还是好像？如果我们记得这三个字的本义，应该知道是“相片”（和原物一点不像也是相片)和“好象(it seems)”。潘岳《寡妇赋》中的“上瞻兮遗象，下临兮泉壤"”的遗象(impression)只能凭借想象力才能看到，而今人的遗像可能是一张实在的相片(photograph)。

英文物理文献中的image,我们一般都是翻译成“像”的，而不管其相似度如何。设想存在函数f(x):D→R,对于定义域D中的一个对象(x的集合)，存在相应的值域R中的f(x)构成的集合，后者是前者的image。虽然函数∫(x)可以很轻松地把一个线段变换成振荡的波形或者圆或者更复杂的形象两者没有任何相似度可言，但我们依然把image翻译成“像”。上述函数的定义也告诉了我们光学成像的原理一光学器件，不管多么复杂，不过就是一个函数算子而已。这也让我们理解了为什么光学中有eikonal equation③的说法。

Eikonal,来自希腊语EiKOv(icon),就是image。它是在研究波的传播时用到的一个非线性偏微分方程，它提供了物理光学（波）同几何光学（射线）之间的联系。

①我们的先人认为思想是由心脏进行的，所以有心思、心想事成、痴心妄想、心有灵犀、心领神

会等说法。这反映的是我们在解剖学、生理学方面的误解。

②与image同源的一个不太常用的词是imagery,.是画像、塑像、雕像、偶像之类的总称，转义

为形象化的描述、形象塑造，如Shakespeare's plays were patterns of imagery(莎士比亚的剧本是形象塑造的典范)。

③汉译程函方程，很不妥。

Imaginary images

像(image)与视觉有关，因此一定是关于视觉的科学(optics)的主题。在中学物理中我们就学到了透镜的成像原理。根据透镜的几何以及物体放置的位置，像可以是实像(real image)或者虚像(virtual image)(图l)。中文的“虚”像的说法，可能引起误解。一张照片如果模糊了，看不清楚了，就称为“虚”了，拍照时拿相机的手抖动了就会有这样的效果。但是，virtual image(虚像)中的virtual,名词形式virtue,来自拉丁语virtualis,却是力量、长处的意思。

Virtual,being such practically or in effect,although not in actual fact orname,是说可能实际上没有，但有能力产生这样的效果！如果我们注意光学成像的示意图，会发现虚像到光学器件之间的光线是部分不存在的（一般用虚线dashed line表示)，它是由我们以某种方式给“补齐”的，反映的是眼睛的工作模式。实像和虚像的重要区别是，如果你拿一个感光板放在实像的位置上，感光板上会得到一个图像；而在你认为有虚像的地方放置一个感光板（如图1之中

图的A'B处)，它可能就不会被感光①

F Image

Object

图】透镜的成像原理。（左图）凸透镜，物在焦距外：（中图）凸透镜，物在焦距内：（右图)凹透镜，物在焦距外

图1中的成像原理，是考虑了人眼的工作方式才琢磨出来的。它不单是透镜的成像原理，还必须计入眼睛的工作方式，严格来说是眼睛+大脑的工作方式。大脑负责图像的诠释，所谓的虚像就是大脑工作习惯得出的结论(大脑把以某种方式进入眼睛的光归结为来自某处的一个物体。如果我们从物体的后方看立在一个凸反射镜前的物体，则会同时看到物体和物体的虚

像)。如果我们直接用记录单元（像素）在一个平面内排列的CCD替换人眼，

在人眼看到虚像的情形下还能得到那样的图像吗？我们用单反相机能拍到透镜系统成的虚像，恰是因为我们用凸透镜模拟了人的眼球，照相底片（或半导体记录元件)模拟了我们的视网膜，才得到的结果。

①可能会被物体向后发射的光、透镜反射的光等杂散光给曝光了，但不会有物体的像

咬

物理学久嚼字表：

像的生成的最后一步，是大脑的诠释。光线通过眼睛（透镜）到达视网膜，激发神经元产生信号，信号传人大脑在那里被诠释，这才有图像。如果比较不同的环节，会发现最后这个诠释的过程，就决定最终看到什么图像来说，其重要性可能超过前面光路中发生的其他物理事件。佛家所谓“相由心生，境随心转”还真是触及了成像的本质。实像哪里有真实的成分了？虚像一点也不更不真实一在我们的视网膜上都成实像。其实，认识的器官、认识的能力以及认识的模式是同时进化而来的①！我们看到一幅什么样的图像，不仅依赖于物理的光路，还依赖于眼睛对光的选择和大脑中的图像构建过程（这一点和人的意愿、知识、经验都有关)。实际上，在用光电子设备构建图像的时候已经遇到类似的问题了。只将图像向自己有利的方向诠释是不恰当的，甚至是不道德的。

像是否真的反映了真实呢？像(image)与实在(reality)的关系，长期以来都是哲学上的热门话题，也是物理学不容回避的问题。似乎东西方文明对“像”的实质都有不同深度的认识。佛经中强调“相由心生，境随心转”，而在一幅敦煌壁画中出现的“像犹镜幻”四字，也颇堪玩味（图2）。在成像的

图2据说是敦煌壁画。图中一个其

过程中，大脑的诠释作用依赖于观

貌不扬的人在镜子中看到了一个明

察的角度、观察者的精神状态、观

显拔高了的形象

察者的知识积累以及其他一些因

素，因此人们难免会产生像乃幻觉的印象。

一幅画，如果把它表述成能发射不同波长成分的、不同强度的光点之集合，那么它是客观的。然而，眼睛会看到不同的东西。人类早就认识到了这

一点，有人就专门研究optical illusion(视觉幻觉)。在图3的左图中能看到一只青蛙，而在右图中能看到一匹马的头。然而，这是同一幅画，只是这里粘贴

①把光学、眼科学、图像识别、生物学等内容融合到一起去建立真正的认知科学，也该开始了。

Imaginary images

5

的角度不同而已。

图3本图中的左幅和右幅是同一幅画，我们只是从不同的角度观察而已（请将头歪30再看）

人脑在成像中的作用，甚至是强制性的，这可以从对阴影（少光或者无光）的诠释中看出。我们能看见一个黑色的物体，是因为没有看到它，我们是将有光的部分当成背景才构造出图像的。也就是说，一张图片中分有光（光学器件只对光起作用）和无光的部分①，何者成为构图的元素，得由大脑说了算（图4）。

大脑在诠释一幅图像的过程中是非常主动的。

看一张人有两对眼睛的PS图片，由于我们的大脑

已经建立起了人只有两只眼睛的信念，因此它对这

图4海豚的爱之消息（纸片上的字)。据说心灵纯洁的

张人有两对眼睛的图片非常不习惯。大脑命令眼

人看到的是一群海豚。你在

睛调节看这张图片的方式，努力要得出图片中人其

瓶子上看到了什么？

实只有两只眼的效果—这个过程能把意志薄弱

的人给逼疯了。勒庞说：What the observer then sees is no longer the objectitself,but the images evoked in his mind(观察者此时看到的不是物本身，而是在其思维中激发出的像)口。信矣哉。图5中，简单地因为旁边的一摊水渍，我们的视觉系统就告诉我们这个人是浮在空中的。你告诉自己这不是真的，但

①占据的部分和留空的部分，都是构型的元素。这一点，用兵者不可不知！《孙子兵法》中有

《虚实篇》，李筌注：“善用兵者，以虚为实：善破敌者，以实为虚。”又，“形兵之极，至于无形。”这些用兵的道理，不妨和光学原理一起参详。

咬】

物理学久嚼字表：

是再看一眼，我们的视觉还是告诉我们这个人是浮在空中的。有什么辙吗？大脑诠释图像的能力还取决于其工作的历史。Once we have entertained animage,it is always potentially present to our gaze(一旦我们拥有了一个图像，它就有可能总会出现在我们的视野中)。相信从事各类物理实验研究的人都懂得这句话。那么，关于那个我们不理解的宇宙深空的那些经过很多我们根本不理解的过程才得到的照片，该存在多少认识上的陷阱？

图5这人是悬空的吗？

认识到像(image)可能是心生的，依赖于我们的

imagination(想象力)，我们就愿意对世界作real与imaginary的区别。一个极端的例子是我们把数分成real number和imaginary number。.物理或者数学知识稍微有点进阶的话，就难免会遇到imaginary number(虚数)。单位虚数表示为i,即是取imaginary这个词的首字母。单位虚数有性质i*i=-1,或者写成=√一1，于是有人就认定i是为了表达负数的平方根才引入的。实际上并不是这样，虚数是在研究一元三次代数方程(cubic equation)时才被引入的？。有人可能会说，无论是作为平方根引入的还是因为cubic equation根的表达需要才引入的，i还是那个i,又有什么区别了？哈，let me tell you,一个概念的性质跟它出现的历史/语境，或者反过来说，是绝对有关的」

虚数ⅰ的引入，以及同实数结合成复数，给数学和物理学带来了不知多少次革命。欧拉

lm个e”=cosp+isin9

给出了e=cos9+isin9(图6)，并证明了e+1=0,这是人类智慧的最高形式，是最美

sin o

的数学公式。一个简单的公式里就包含了0，1,e,i和π这五个最基本的数。如果你仔细

0cos o

Re

看，还会发现它包含太多的代数学基本内容。看看这个公式，你会由衷地赞叹欧拉这种人太聪明了一他是应该归于神界的人。

图6欧拉的伟大发现心=cOs9+isin中，从这个图你能看出这个函数

复数z=x+iy,这个奇异的real同

多么适于描述振荡和转动现象

imaginary的组合，让一切变得complex起来，

···试读结束···