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物理学咬文嚼字之十一 质量与质量的起源


□ 曹则贤

   “可见四海之内名理多异,不是一一对应的.”
  ——韩少功《马桥词典》
  
  中文“质量”这个词组是个语义含混的组合,只有嵌在特定的句子中,你才好判定它到底指的是质(quality) 还是量(quantity). 比如,“这块冰的质量是1kg”强调的是量,而 “这本书的印刷质量很好”强调的则是质地.但显然“质”和“量”是两回事.与质量相比不那么含混但却因其隐性的含混而更具危害性的一个中文词是“国家”,虽然逐渐地我们都以为国家指的是国而不是家,但是中国历史上的许多问题恰恰可归结为国事被某些人当成了家事才造成的.“家国同构”的社会格局是宗法社会的显著特征,“家国同构”的社会政治模式因其巨大的惯性贯穿了中国历史的始终.其他的类似“质量”这样的中文词汇还有很多,人物指人还是指物?学术强调的是学还是术?科学这东西该鼓励登科呢还是提倡做学问?这些本来不该成为问题的问题就因为这样的词组结构在中国成了一笔糊涂账.
  
  1) 读者不妨思考一下如何从集合论的角度给出体积的定义. ——作者注
  质量这个词在物理学的语境中具有举足轻重的地位.物理学的使命一定程度上可以理解为说明 时-空-质量-荷(charge,但并不单指电荷)的起源并给出自洽的数学结构.在英文物理文献中,质量对应的词为mass. 但是, mass 是个相当不单纯的词, 简单地将mass 等价为中文的“质量”会造成对原文献内涵(implication)的严重过滤.
  
  对物体的感知,重量的概念是本原的.在日常生活中,我们关心一个物体的量的常用词是重量、份量.虽然人们早就知道一个重的物体未必意味着更多,但是物理学意义上的质量概念从重量概念的剥离要等到很晚的时候才显得必要.牛顿在其《原理》一书中最早引入mass(质量)的概念来表示物质的量(the quantity of matter),但他也交替使用了重量heaviness (不是weight, 那是称量,带入了一个物理的操作,内容更复杂).那么牛顿是如何描述质量(物质的量)的呢?牛顿认为物质的量为物质的密度乘上其体积.这个说法也许某个中学生都敢讥讽其太简单,但其实大有深意:(1)它指明物质量上的区别应该在致密度(density)这个更深、更抽象的层次上;(2)物质的量是体积那样的广延量,即质量具有可加性且由体积的可加性来保证(或者说把可加性甩给了体积,这是个比广义相对论还难的问题1)),并由此向不同物质体系扩展(图1).在一些物理文献中,质量相加性被誉为牛顿第零定律(诺贝尔奖得主Wilczek就持这样的观点), 其重要性可见一斑.牛顿还用了pondus这个词来描述物质的量, 这个字就是称量的意思,至今英国的质量单位还是这个词, Pound(磅),一磅合454克.相关联的动词ponder一般英汉词典会解释为思考,确切点愚以为应翻译成掂量或曰权衡!
  
  在牛顿之前描述物质的量的常用词为bulk 和moles. “Bulk”指“size, mass, or volume, especially when great”, 中文合适的对应应是“大块头”,在这个词里体积和质量处于一种含混的统一状态.在物理学、材料科学的语境中, “bulk material” (体材料)被用来强调某个物理性质是大块(宏观的)材料体现出来的,以区别薄膜、量子阱、量子点、纳米线等结构里可能存在的量子尺寸效应或量子限域效应. 另一个词 “moles”来自拉丁语, 也是一大团、一大块的意思,如果加个小词,变成molecule(molecula), 就成了一小块 (类似的词有 article, particle, corpuscle.这几个词涉及光的本质的世俗语言表达问题,容另议),汉语标准译法为分子.现代化学常用词汇摩尔,是对“Mol”的翻译,来自对德语词Molekulargewicht (molecular weight,称量一小块所得的量,即分子量)的缩写.摩尔作为表述单质物质的量的单位,很容易被误认为是以某个西方学者的名字命名的,尤其是它老和Avogadro 常数(Avogadro’s Constant = 6.0221415 × 1023 mol-1)一起出现.Mole一词还有黑痣(痦子)、鼹鼠(引申为间谍)、防波堤等意思,表面看起来没什么关联,其实是密切相关的.比如,防波堤不过是一大堆石头而已.鼹鼠和mole有什么关系呢?读者想必早已猜到(图2).
  Mass 一词不管是在世俗语境里还是在物理学语境里理解起来都比较麻烦.Mass,希腊语为μζα, 拉丁语为Massa,德语为die Masse,都是指一大团、一大块、一大窝(a paste, mass, crowd, lump)的意思. 比如,纳米科技常见的表述“en masse (沿用法语形式) fabrication of quantum dots”——量子点的en masse 制作,这里en masse制作翻译成大量制作易误解为制作很多,其实它强调的是那种一下子出现很多的制作方式,比如自组装,区别于生产线上的一个一个的制作方式.一大群人聚在一起,也是mass, 引申意即汉语中的民众、大众、人民.西班牙哲学家José Ortega y Gasset 在他的著作la Rebelión de las masas(中译本译为《大众的反叛》)中提醒民众:最大的危险是国家 (El major peligro, el estado)以及专业化的野蛮(La barbarie del especialismo).其实,民众聚集在一起才是最危险的.
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摘自:物理 2008年第05期  
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