原子、粒子都錯了？百年物理術語何以成爲“語言陷阱”
物理學術語體系中充斥着看似熟悉實則陌生的詞彙，這些術語可能只是一些常見詞彙，但在日常用語中卻有着不同的含義。例如，conserve這個單詞既可表示“節約”“防止浪費”，也可作爲物理學術語，表示“守恆”；energy既能表示“能量”，也能表示“能源”。所以，當這兩個單詞組合在一起時就會產生歧義：詞組conserve energy表示“節約能源”，而energy is always conserved則表示“能量永遠守恆”。
這些沿用百年的基礎概念，是人類探索宇宙認知軌跡的鮮活載體，其演變歷史正是物理學突破認知邊界的縮影。
一個更嚴重的問題是，迄今爲止諸如“力”（force）、“質量”（mass）等基本概念，已經偏離了物理學家對其命名時的本義。這導致我們用來闡釋物理的語言，反而掩蓋了宇宙運行規律中最精妙迷人的發現。
或許有些科學家認爲，詞語終究只是表象，即使它們表意不夠清晰準確也無傷大雅，畢竟物理學的根基是實驗和數學，這些纔是關鍵所在。不過，雖然數據和方程式確實至關重要，但物理學家需要通過語言向同行及非專業人士傳遞思想——當措辭含糊晦澀時，他們關於宇宙的根本認知便可能被誤解。
爲此，理論物理學家馬特·斯特拉瑟決定對物理學術語進行深入剖析，探究3個看似簡單的物理學術語的演化歷史，看它們是如何成爲容易讓人一不小心就上當的“語言陷阱”的。他指出，此類具有欺騙性的術語和隱喻在物理學家的話語體系中比比皆是——停下腳步審視它們，能夠讓人獲得一幅更清晰、更深刻且更貼切的現實世界圖景。
原子：從“不可分割”到“可以分割”
需要重點剖析的第一個詞是“原子”（atom），因爲這個詞的詞義演變歷程尤具啓發性。
“原子”的詞源可追溯至古希臘哲學家留基伯及其弟子德謨克利特，他們提出“物質由不可破壞的微小基本粒子構成”——在任何情況下，粒子都被認爲完全相同且不可分割，故被命名爲atom，這個詞源自古希臘語atomos，意爲“不可分割的”。
直到19世紀初，化學實驗才證實所有物質確實由氫、氧、碳等基本元素構成，且每種元素都由微小而相同的實體組成。當時，歐洲科學家熟知古希臘哲學思想，因此約翰·道爾頓等化學家自然而然就沿用了atom之名。歷經初期定義混亂後，到了19世紀中葉，atom概念終獲確立，其含義與今日所指“化學元素的基本單位”相同。
原子概念圖（圖/Pixabay）
然而，隨着物理學的發展，“原子”本身所包含的“不可分割”的含義被逐漸打破。20世紀初發現電子後，人們很快意識到，電子身處原子的外緣，在化學反應中被剝離並轉移至其他原子。而在原子內部，電子所帶的負電荷與原子核所帶的正電荷相互中和，而原子核本身同樣可被分割——所謂原子不可分割的說法就此破產。
但是，此時的atom一詞已深入人心，數十年的學術論文與學術討論都依賴這個術語，無論從實際操作還是心理認知出發，更換術語都非易事。正因如此，儘管科學家們已知原子可被分割，但仍保留atom之名，只是調整了它的定義。詞彙在語言中具有的持久生命力，由此可見一斑。
力：從“推拉”到“相互作用”
原子與自身名稱的矛盾雖令人莞爾，卻無傷大雅。因爲，除非你恰巧學過古希臘語，否則極少會對atom的詞源本義產生共鳴。但物理學中的其他一些表述，卻暗藏更大玄機。
我們來探究一下“力”（force）這個詞所引發的矛盾。它在日常英語中既可作動詞，表示“用力”；也可作名詞，表示“力量”。17世紀末，當牛頓建立運動定律時，這個詞就獲得了精確的科學含義——他用這個術語指代某物體推拉另一物體所用的力量大小與方向，這種“力”會改變被其作用物體的運動狀態。牛頓常以拉丁文寫作，所以使用vis一詞，但在用英文表述時將其譯爲force。此後的兩個世紀內，物理學中“力”的定義始終清晰，因爲該定義與英語中“力”的標準直觀含義相吻合。
但矛盾正在醞釀。19世紀，科學家發現靜電吸引源於所謂的“電場”。與之相對應，磁場則是磁鐵吸附金屬物體的能力源頭。然而，人們很快又發現了這些場域中與推拉無關的其他作用。最重要的是，這些場中的波動以被我們稱作“光”的形式顯現。這兩種場還參與原子對光的發射與吸收，以及其他多種奇異效應。
物理學家需要爲整個“電磁現象”的類別命名——既要涵蓋推拉作用，也得包含光及其與物質的相互作用。他們面臨兩種選擇：要麼創造新術語來統合所有過程，將“電磁力”限定爲推拉作用；要麼擴展舊術語的定義，使其囊括所有現象。物理學家們最終選擇了兩種方案並行。
物理學家在討論電磁效應時常使用“相互作用”（interaction）一詞，例如“激光、火光、化學反應和電子碰撞皆由電磁相互作用引發”。物理學中，這個詞的含義接近其在日常英語中的本義，指人與人或物與物之間引發行爲變化的互動或接觸。這個詞特別貼切，可惜並未得到更廣泛使用。
科學家們也常以“力”（force）替代“相互作用”，將電磁力視爲所有電磁過程的根源。這種用法存在問題。例如，科學家們用force來指稱4種“基本力”：引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。在此過程中，他們將引力的牽引效應與時空漣漪（即引力波）混爲一談，統稱其爲“由引力所致”。
物理學家有時還會說，“弱相互作用力驅動着太陽和超新星，並導致某些原子核衰變。”但這種表述極易被誤解，讓人以爲這些重要效應是通過推力或拉力實現的，但實際上它們涉及的遠遠不止傳統意義上的“力”，而是粒子從一種形態向另一種形態的轉化。
粒子：從“盒中沙粒”到“波的擴散”
對“力”的詞義理解，問題尚且可控，但“粒子”（particle）一詞則將問題推向更高維度。
“粒子”作爲物理學術語，同樣具有多重定義。其中一種保留了標準英語中的原始含義，但另一種定義卻與我們慣用的概念存在部分衝突。這種歧義可能引發嚴重誤解，有時甚至連科學家都難以避免。
粒子概念圖（圖/Pixabay）
在日常用語中，典型的“粒子”就像一粒沙子。它很簡單，看起來像個小點。若被拋出，它會沿着狹窄的軌跡移動；若置於盒中，它便靜止不動。當聽說電子是基本“粒子”時，我們自然會想象它是個更小的點，或許小到不可分割。這種對粒子的直觀認知，塑造了我們對電子行爲模式的預設。我們會想象運動中的電子如同“沿着狹窄路徑行進的點狀物”。若將電子置於盒中，無論箱體大小，我們便會設想它靜止不動地棲居其中。
這確實是科學家在電子發現後數十年內的認知。但如今我們知道，電子完全不是這樣。不同於沙粒，電子是一種微小的波——這一性質會以多種方式顯現，在此僅舉兩例說明。首先，盒中的電子並非靜止不動，而是每秒振動一萬億（10²⁰）次。而這正是波的特性：吉他弦被撥動時形成的“駐波”，便是自然振動卻不移動的典型例子。其次，波的擴散方式與粒子截然不同，這使其對容器極爲敏感。電子會對所處空間的形狀與尺寸產生反應。例如，當裝載電子的盒子縮小時，電子能量便隨之增加。
然而電子也非普通波，因其不可分割的特性而區別於聲波或水波。正因如此，自1920年代起，部分物理學家便提出“波粒”（wavicle）這一概念，用以表示波的最小不可分割單元。這個術語比較貼切，因爲它在英語中毫無歷史包袱，避免了既有含義引發的認知混淆。其新鮮程度能夠解放思維，讓人得以構建起一個同時區別於粒子和波的新概念。遺憾的是，particle一詞在物理學術語中的根基，如同20世紀初的atom那般深厚，試圖用wavicle來取代它，恐怕很難成功。
