Category Archives: 关于科研的文章

“流变学”是谁杜撰出来的?

在王玉忠、郑长义编著的《高聚物流变学导论》中的这句话,一直让我印象深刻:

术语“流变学”(英文为RHEOLOGY)是由美国物理学家宾汉(E. C. Bingham)于1929年杜撰出来的,……

我在第一次看到这里使用“杜撰”一词的反应是:惊讶,然后立刻认为正确。我当时想象,也许有什么语文冷知识会告诉我,平时被当作贬义词使用的词其实原意可能是中性的。这样的例子很多。例如“贿”原意仅指赠送财物,再比如“复辟”、“染指”等。所以我就一直以为“杜撰”可能真也是这样的,人家用得对。

这种地方在英语里常用coin一词。比如上面这句话翻译成英语就是:

The term “rheology” was coined by E. C. Bingham in 1929.

Coin作动词时原义就是贬义:造假币。但引申为造新词成了中性。

《牛津高阶英汉双解词典(第4版)》

“杜撰”和“肚撰”

所以我觉得中文翻译成“杜撰”——假如它真的有中性的原意的话——是很妙的。

今天我恰好闲着没事查了一下。

王楙《野客丛书》卷二十:“杜默为诗多不合律,故言事不合格者为杜撰……然仆又观俗有杜田、杜园之说,杜之云者,犹言假耳。如言自酿薄酒则曰杜酒。”后因称臆造为“杜撰”。

《辞海》

更近的权威说法来自白维国版的《近代汉语词典》:

根据姚永铭、崔山佳二位先生的研究成果认为,“肚撰”和“杜撰”当是历史上的一对异形词,“肚撰”之义犹为“臆撰”,“肚、腹”与“胸、臆”属同一义域的词,“肚撰”与“臆撰”的构词方式与思路相同,从“心知肚明”这样的词语就可看出“肚”与心智类词语的联系。因此,“杜”当是“肚”的假借字,故而,《近代汉语词典》将“肚撰”列为正词条,而将“杜撰”列为副条,由此,解开了“杜撰”这一常用词词义的来源之谜。

《千年的词汇演变史,亦是千年的文明发展史——〈近代汉语词典〉拆解千年语言密码》——《中华读书报》(2016年08月10日10版)

我查了这种说法的原始论文。能够确认的事实是“肚撰”和“杜撰”同时出现的情况持续了很长时间。非要说它们是一个词的理由主要在于:两个词似乎都有持续出现的例子表示“自己编造”的意思。“肚撰”最接近“臆造”。而“杜撰”——若不采纳“等同‘肚撰’”的观点——则仍按王楙所言“如言自酿薄酒”。如果仅为“自己编造”,那这是中性词。但若像王楙又说的,“杜之云者,犹言假耳”,似乎更加强调贬义,更像是“改换原有事实”之义。但是这种“假”的意义却并不是“杜撰”的最一般用法;“杜撰”作为贬义经常用于表示凭空编造原来没有的事,而不一定只是(甚至说不是)指把原有事实进行改换。既然不是这一义,那王楙的这一句可以不作重视。排除了这一句的话,那剩下的依据就都没有指现贬义用法了。因此无论“杜撰”是不是“肚撰”,它都约等于“臆造”。

为了翻译而肚撰

支持“杜撰”为“肚撰”观点的一个很重要的论据是:唐朝比丘释慧琳著的《一切經音義》第三十九卷中的《不空羂索經三十卷》第二十五卷“㜝懠”词条:

㜝懠——譯經者於經卷末自音為頷劑率尒肚撰造字兼陳村叟之談未審㜝懠是何詞句

这里面含有“肚撰”一词,早于南宋王楙,也早于其载的杜默(北宋),所以“杜撰”才被认为源自“肚撰”。但我觉得感兴趣的是,若这是最早查到的“肚撰”一词,那它正好被用于表达翻译外文专业术语时的困境。

一切經音義(十九) : (唐)釋慧琳撰 : Free Download, Borrow, and Streaming : Internet Archive

曾尝试查找,是谁最先用“流变学”三个字作为rheology的翻译。按照慧琳《音义》上面的说法,也可以这么问:是谁最先把rheology肚撰为“流变学”?我作过一番“村叟之谈”的翻阅而无果,只是比较肯定这个翻译是在建国前就已广泛采用。

已故力学前辈朱照宣先生和我有相同的兴趣。但连他也说:

我不清楚在中文里,“流变学”这个词是怎样确定下来的,大概是“约定俗成”吧。

朱照宣. 流变学中的 Deborah 数[J]. 力学与实践, 2008, 30(4): 64-64. doi: 10.6052/1000-0879-2008-375

朱照宣是与李四光、陈宗基同时代的力学家。如果连他也说不清楚是怎样确定下来的,那么李四光和陈宗基一定不是首位确定人,否则朱先生不会不清楚。

rheology最早不叫“流变学”

我也查过,陈宗基1954年才在Delft拿到博士学位,1955年才回国,而1953年版《物理学名词》(由王竹溪、王淦昌、方嗣欔、孙念台、陆学善、葛庭燧、杨肇燫等七人组成工作小组)已收了“流变学(rheology)”。也就是说,如果这个词发生在1953年或更早,陈宗基本人当时还在国外,理论上不可能是他直接把这个词交给1953年审定小组的。更可能是王竹溪等审查小组内部的人,或是这之前已经有人在中文文献里单独使用过“流变”,小组只是采纳。这更说明这个词在民国时期采用。

那么是不是李四光呢?尽管李四光很早就注意到了rheology一词及期概念(见诸其建国前所著的《地质力学之基础与方法》,但是他却直到1960年代都未见在正文中采用rheology或流变一词。这也许是因为在他理解地质现象主要涉及到的是塑性形变(他当时采用“柔性”一词)。

但是也很有可能“柔性”这个词本身就是用来对应rheology的。我最近查到,1934年(民国二十三年)版的《物理学名词》(吴有训、周昌寿、何育杰、裘维裕、王守竞、严济慈、杨肇燫等七人为委员),收了rheology一词,并译为“柔质力学”。这本书的前身——1931年萨本栋编的《物理学名词汇》尚未收录rheology。因此几乎就是吴有训等人的委员在此期间新增该词并译为“柔质力学”的。

因此可以确定,把“柔质力学”改成“流变学”这件事,发生在1934至1953年(甚至是1950年,因为1953年的《物理学名词》审订工作始于1950年)。而根据《中国大陆物理学名词工作的发展》一文(阎守胜,刘寄星发表于《物理》42卷6期,2013年)所述,抗战期间,名词委员会的学者一直努力对1934年《物理学名词》进继续进行补充修订。

抗战胜利后,1947年9月18日,物理学名词审查委员会在上海交通大学哲学楼召开工作会议,到会委员有裘维裕、严济慈、陆学善、周昌寿、朱物华、周同庆、曹惠群、陈宗器、王福山、李国鼎、翁文波等。会议历时十余日,增订的《物理学名词》所收词条超过1934年公布的名词数。会后将审定本送国立编译馆。但由于此时国内陷入大规模内战,对1934年版《物理学名词》的修订结果未及刊行。

阎守胜, 刘寄星. 中国大陆物理学名词工作的发展[J]. 物理, 2013, 42(06): 401-408. DOI: 10.7693/wl20130606

而1953年版序例所说的“根据以前编订的‘物理学名词增订稿’进行审查”,根据阎守胜和刘寄星的的文章所述,应该就是这个抗战后未及刊行的版本。因此,由“柔质力学”改为“流变学”这个动作,很可能正式出现在1947年版的增订稿,也可能是1953年版的委员在审订时所作。我们只能说,“流变学”一词应该是1947年和1953年的委员们改的。鉴于1947年的增订没有正式出版, 仅以正式出版为准,可以说1953年版是“流变学”一词首次出现并替换“柔质力学”作为rheology的中文译名。

至此,我所能想到的线索都查到头了。

战乱无法动摇的学术精神

值得注意的是,从1934年的译为“柔质力学”的版本开始一直到1953年译为“流变学”的版本,杨肇燫都是主导者(杨先珏. 杨肇燫先生事略[J]. 物理, 1988, 17(8))。从各种回忆中可以了解到,杨肇燫的突出风格之一是十分主动地改善不恰当的译名(又见钱临照. 物理学名词审定的早期工作——怀念杨肇燫、陆学善[J]. 中国科技术语)。1953年版的序例(实际上由杨肇燫撰写)特别说道:

我们在尽量保留旧名词的原则下, 还是废弃了一些旧的译名,而换了一些新的译名。因为我们觉得物理学在中国还是在萌芽时期,这一届审定的名词在普遍采用之下,影响可能是广泛而久远的; 为了久远计,欠妥的旧名词,如果迁就让它沿袭下去,积久之后再要更改就困难大多了。凡这一类的名词,如其有较妥的新译名,我们就采列,相信对于以后的学习和写作都有帮助,纵然有感觉不便的,也只是目前为数比较不多的人。

《物理学名词》,商务印书馆,1953年

也许我们无法把“流变学”一词的“肚撰”归功于某个具体的个人,但是它必定归功于近代中国科学家的精神:在国运如缕,居处无定之际——却仍坚持最细致的学术述作,追求最高的学术标准的这种精神。如杨肇燫在其发起的乙酉学社丛书的“缘起”中所写:

民国三十有四年之初,抗日战事犹酣,曙光未露,殊深风雨如晦之感。本社同人蛰处沪滨,幽忧隠愤,共相策励,亟思藉韬潜之光阴,从事于严正科学之述作,为将来复兴作育人才之准备上略交涓埃之助,而苦于经济拮据,徒有心余力绌之憾。……

我手头上的乙酉学社丛书之《化学原理》,由曹惠群译自J. Hilderbrand (1919), Principles of Chemistry, Macmillan

杨肇燫的事迹不难查到。他的学术精神在那个年代的中国物理学家群体中也不是个例,我们也已多有了解。我仅仅只是凭一时兴趣查阅一下“流变学”译名的源起,就又拜览了这些先辈的风采,既是意料之外,更是情理之中。

大学老师连NPC都不如

我们抱怨大学已经很久了。抱怨它从来不是围绕本科教学来建设的;抱怨即便是科学研究,也越来越沦为形式主义和KPI驱动。与此同时,我们又很清楚,大学本身并不独立,这并不是大学层面所能改变的事情。

一个几乎已经写在明面上的事实是,在中国,高校政策常常被同时当作教育政策、产业政策和就业缓冲器来使用,而不只是为了追求大学理想本身的制度建设。

从一开始,扩招就主要不是为了建设某种理想中的高等教育,而是为了拉动内需、促进增长、缓解就业压力。 紧接着就是硕士和博士扩招、学历倒挂。这些更不是因为我们真的在硕士和博士原本意义上需要这么多人,而是被公开讨论为缓解毕业生就业压力的办法。

科学研究的KPI化也是如此。它当然不只是一个学术问题,更是一种对知识分子的治理技术。项目、论文、帽子、奖项、考核、排名,这一整套东西,说到底,并不是为了让知识生长,而是为了让人变得可统计、可比较、可筛选、可驱使。

所以,大学长期以来就是被国家拿去做宏观调控的。大学被当作国家治理和发展工具,而且越来越纯粹地被当作这种工具。

作为高校教师,我每天面对本科生和研究生,都无法忘记这一层荒凉的底色。他们从根本上说,并不是先被当作一个个具体的人来对待的,而是被当作国家素材,被作这样或那样的安排,被输送、被筛选、被编码、被消耗。

本来,每一个人类个体在成长过程中都天然带着好奇和追问。可我们的教育,从小到大,几乎从来没有真正回应过这种渴求,反而总是在用一种极端露骨的应试逻辑去阻断它。它不仅否定了好奇心的意义,还直接把“做人”的价值贬低为“满足外界需求”的能力。

而现在,这种中小学教育的异化,已经全面蔓延到了大学。随着本科教学一步步糜烂,高等教育的理想也就皮之不存,毛将焉附。研究生教育则更是另一种赤裸裸的败坏:师生双方其实都已经看穿,所谓学术,很多时候不过是KPI、绩效、帽子和权力游戏的包装。所谓“学术问题”,往往是硬编出来的:对上,是为了弄到项目;对中,是为了营造圈子;对下,是为了PUA研究生替自己卖命。

更令人绝望的是,个人的清高选择并不会带来什么实质性的改变。因为高校教师这一岗位,本身已经被结构性地无聊化了。今天你听说一个人是高校教师,几乎立刻就能猜到他不过两种形象:要么清高而无用,要么就是上述那种鸡鸣狗盗之徒。

你实际上是被雇来扮演一个名叫“高等教育”的主题公园里的NPC。问题还不只是你在扮演,而是你甚至不能向社会明说自己只是在扮演,不能因此获得哪怕一点作为NPC应得的理解和尊重。你只能像一个下了班却还穿着戏服、还留在角色里的演员那样,被人当成招摇撞骗之徒,被鄙视,而且是结构性地被鄙视。

传统教学内容数学语言的近世化

[latexpage]

很多经典物理范畴的小题,可能19世纪末的人勉强懂做,20世纪初或者中叶的人也懂做,很难说需要用到什么近世物理学成果,但是今天的人做这些题目所使用的数学语言照样是十分近世化的。这也许是理论物理的非经典部分在二十世纪碰到的难题所催生的数学语言革新照进了经典物理领域的一种效应。经典范围由于数学语言和思想的近世化,在二十世纪也诞生出很多新物理,所以也不能说这是“杀鸡用牛刀”,但当然也免不了很多没经过“奥卡姆剃刀”修剪的边边角角。充斥于大量令人摸不着头脑的“高观点本科讲义”中。

经典物理知识很早就已经是大学本科教学的常驻内容。只不过,就算这些内容的数学语言或体系形式在二十世纪已经“近世化”了不止一轮了,但本科教学所采取的数学语言和体系很可能仍然是19世纪的。在中国的普通高校尤为如此。但凡我们听说,哪所大学哪个系的哪门课讲义,胆敢从某种近世数学的较高观点去讲某门经典课,都会引起同行们“很update、很赶得上潮流、很不过时”的评价,同时引起学生“很地狱”的评价。因为本科普通数学教学本身迟迟没有完成近世化革命。而且越是进入到二十一世纪,越看不到这样的可能性。学生在数学课学的仍是19世纪的体系,因此也只能教用这个数学语言写就的物理版本。所有学生都免不了要在研究生阶段重新作近世化学习。这也使得一些近世物理成果,迟迟无法写进本科教产书当中,因为它们从一开始就用近世数学语言来write down的。

P. J. Flory在1951年的闻名著作 Principles of Polymer Chemistry 中显示出的热力学的统计力学方法,基本上还是这两个学科1950年之前的形态。当他离开康奈尔大学之后(1960s ~ 70s),无论是热力学还是统计力学的工作都吸收了这两个学科的近世化成果。但都只体现在他后来发表的论文当中。而再没有总结成一本像1951年这本书那样对学科本科教学影响深远的新书。现在的高分子物理本科教材,基本没有六、七十年代的东西,完全是Flory1951年这本书的复刻,甚至还丢失了Flory原书中很多充满物理洞见的叙述(因为译者看不懂)。

格子模型用于液体

虽然Kirkwood,Onsager的工作可以追溯到30年代,但这些工作无论是对非平衡的热力学/统计力学,还是对液体物理的影响,都要到60年代左右才被公认。而且Flory关心的问题也主要从平衡态切入。在这方面在50年代已经形成十分成熟的理论工具。其中热力学当时的表现形式就跟今天本科《物理化学》中的差不多。而统计力学的表现形式可以用Fowler & Guggenheim (1949), Statistical Thermodynamics, CUP来代表。这本书首印是1939年,1949年有一个修订版,之后就只有重印,没有新版。这本书在当时是十分流行的参考书。该书的一个特点是有好几个关注今天所谓的软凝聚态体系的应用章节——液体纯物质和混合物和界面问题。至少,液体的长程无序特点以“径向分布函数”这种图像已被熟知。

Flory原书在刚一抛出“格子模型”的时候,就插入了一段评述:

The molecules in the pure liquids and in their solution are considered to be arranged with enough regularity to justify approximate representation by a lattice, as is indicated schematically in Fig. 109. In a simple liquid consisting of nearly spherical molecules, the first neighbors of a given molecule in the liquid will occur at a distance from its center which is fairly well defined, although not as precisely as in a crystal. The tier of second neighbors will occur at less accurately specified distances, and so forth. Since we shall be concerned only with the first coordination sphere about a given molecule (or polymer segment, see below), the rapid deterioration of the lattice as a valid representation with increasing distance from the reference point is unimportant. The adoption of a lattice scheme is not in itself, therefore, a necessarily hazardous idealization. The succeeding postulate, namely, that the same lattice may be used to describe the configurations of both pure components and of the solution, is a much more serious one from the standpoint of application to real solution. It requires (among other things) that the geometry of the two molecular species be virtually identical.

这段解释,是面向当时就已经熟知的液体的长程无序性,解释为什么一个格子模型仍然是对液体的一种足够的近似:它仅适用于仅存在短程相互作用的情况。

使用格子模型来描述溶液,不是Flory或Huggins首先做的,而应该是更早的van Laar和Hilderbrand的做法,是1920s时候的事情。后者采用格子模型来描述溶液,也跟固体物理中的Lenz–Ising模型纯属巧合。但是,在具体处理时的“平均场假定”则是明显与固体物理相通的。Bragg–Williams近似被Fowler和Bethe立刻用于液体的统计当中,这是1930s年的事情。这些都已见于Fowler & Guggenheim (1949)那本书里,因此到Flory做聚合物溶液热力学的时候是为人所熟知的。但唯独Flory在写1951年的书的时候,注意对格子模型的简化带来的问题作预见性的批判。

学会作这种预见性的批判,才是教给学生如何独立建模解决新理论问题的素质。现在的教科书重点似乎放在让学生学懂旧理论讲什么,而不是学懂旧理论当时是怎么想的。这就是“高分子专业教不出高分子理论研究者”的原因。

我在给学生讲这部分内容的时候,先给学生介绍了液体的分子图像,以及分子间相互作用势的计算任务的截断简化(类似分子动力学的一些知识),为此突出了两种常见相互作用势——范德华势和静电势。它们的差别就在于截断距离。范德华势不到一个分子大小之后就可以截断了,而静电势大概作用距离到7个分子大小。当大家对这个简单结论了然于心之后,再了解格子模型只考虑相邻两分子之间的作用势时,就可以直接明确——我们的理论不适用于电解质溶液。我想这是溶液热力学这一章内容的一个最有价值的take home message。

橡胶弹性的超弹性模型

50年代的固体力学和流体力学也基本习惯直接写出坐标的描述方法。理性力学家对连续介质力学的公理化建设,到1960年才造成比较广泛的影响(以Truesdell & Toupin的Classical Field Theory为标志)。由于统一采用集合映射语言,所以坐标无关的向量空间和算符的语言变得更重要,因为它们能够道出物理定律的客观性。当然,这对具体力学问题没有根本性的影响,但重塑了数学语言和概念。比如,旧的形变的描述常常从拉伸比$\lambda_i$出发,但新的描述常考虑形变梯度张量$\mathbf{F}$、柯西-格林应变张量$\mathbf{C}$及其主不变量。另一方面,超弹性理论的一般化,是Rivlin在1950年代开始推进的。超弹性这个词也是Truesdell不可逆热力学的基本框架,也是de Groot在1950年代总结的。这两者与连续介质力学的张量化语言的合流,才形成今天我们教科书所展示的有限弹性的不可逆热力学基础。这些都应该要到60年代之后了。例如,各向同性函数的表示定理的证明是Gurtin在1974做的。

Flory在1951年的书出版之前,就已经确立了$G\left(I-3-\ln J\right)$的应变能形式。虽然Flory的橡胶弹性理论是分子理论,与力学研究不可混为一谈,但毕竟终需应用于解力学问题,跟使用现象学力学模型同样需要面对具体形变问题的计算。Flory在这些工作中表现出来的数学工具是传统的以标量为中心、依赖坐标的传统微积分语言。这跟上一段介绍的历史进程相比,是可以理解的。

进入60年代,离开康奈尔大学后,Flory的发表的工作体现出明显的数学语言的近世化。

60年代“旋转异构态”理论开始流行(其背景是一维Ising模型的灵感以及电子计算机的问世,详见本博客的上一篇文章),用到大量高阶的矩阵代数(其实仍然是抽象代数的显坐标形式)。Flory与同事的工作,总结在1969年出版的Statistical Mechanics of Chain Molecules一书中。书的前言特别强调矩阵直积(克劳内克积)运算少见于当时的科书中,而这在今天即是算符间的张量积的一种坐标表示。

60年代Flory和同事的另一方面工作是橡胶弹性问题的一些后续研究。在当时橡胶力学模型无论是现象学的超弹性模型还是第一原理性的网络统计,都在溶胀态的热机械行为中显示出不足。其中一个具体的现象溶胀网络力学响应中的少量的内能贡献。当时笃信的是力学主要由网络贡献,因此这个内能贡献也应该是网络形变的效应,从而急于修改纯熵弹性基础的橡胶网络模型。Flory当时强调,实际实验是在恒温恒压条件下做的,用相同的方法求得的是焓贡献而非内能贡献,其中相差的是材料的体积压缩性。虽然这一因素并非当时争论的唯一焦点,但明确这个体积压缩性,实验上并非易事,必须求助于既有理论,因而涉及到橡胶弹性理论的可压缩性。

在1961年的这篇论文[1]当中,Flory具体讨论了可压缩性的问题,他把超出之前的应变能形式预测的额外可压缩性归到一个新的自由能项中,解释为普适于所有液体的一般分子间力。这篇文章完全使用了连续介质力学的非坐标表示,只不过所使用的字母跟今天的惯例不一样。而且他用到了应力与自由能的关系——这在今天常通过不可逆热力学的基本不等式加上Coleman–Noll procedure得到,在当时则按照实际等价的“虚功原理”得到。这虽然在物理上与Treloar时代的$F=\partial A/\partial L$没什么不同,但连续介质力学的一般严格证明在1960年若不说是新的,至少也是高阶的。Flory在当时可能的参考书是F. Murnaghan (1951), Finite Deformation Of An Elastic Solid, Wiley。但就算这本书也仍是用矩阵语言的。

题外话:Flory在这篇1961年的论文给连续介质力学界作出了至仍归到他名下的贡献,那就是主张把形变分解成纯等容(isochoric)和纯膨胀(volumetric):$\mathbf{F}=\mathbf{F}_\text{vol}\mathbf{F}_\text{isoc}$。这在今天被称为“轻微可压缩”(slightly compressible)或“近不可压缩”(nearly incompressible)问题下的假定。事实上,从Rivlin早期的工作一开始就注意到,并非所有不可压缩形变都是可控的。但一直到Ericksen在1960年代才数学上严格地列举了几种不可压缩体的可控形变。所以,如果一个材料实际发生了可压缩形变,那么把从它的总形变中分出一个等容形变来,似乎它能单独发生,就常常会违反物理实际;或者说这种分解造成了一个不真实的“中间状态”。因此只有当体积变化小到好像“微扰”那般时,才可近似采用这种分解来分析。但无论如何,这个分解已经被称为“弗洛里分解”(Flory decomposition)了。

尽管在60年代之后,Flory逐渐扮演一种“领军”角色,只负责提出想法,由很多有才能的后辈帮他做具体的理论和实验工作,但实际上他对这些新工作采用的新数学方法十分熟悉,甚至仍然比这些后辈或学生更熟悉。今天我们对Flory和他的共事者在60年代之后的贡献的认知多来自他们共同署名的论文,但少数Flory单独署名的论文反而更加突出地体现了他本人的理论认识深度和与时俱进。

References

  1. P.J. Flory, "Thermodynamic relations for high elastic materials", Transactions of the Faraday Society, vol. 57, pp. 829, 1961. http://dx.doi.org/10.1039/TF9615700829