科技英語中時空語言的解讀

王 蕾

（西南交通大學外國語學院，四川成都 610031）

科技英語中時空語言的解讀

王 蕾

（西南交通大學外國語學院，四川成都 610031）

本文著重對科技英語中的時間語言、空間語言及時空關聯(lián)語言的中英文進行解讀。

時空關聯(lián)語言；速度；加速度；牛頓力學；頻率；微粒的波粒二象性

1.前言

科學技術(shù)是人類的公共資源，各國人民都可交流使用?！翱茖W技術(shù)是第一生產(chǎn)力（鄧小平1993：377-378），推動著生產(chǎn)力向前發(fā)展，引起了社會的巨大變革。作為外國語言教學，不僅要學習傳承人文、社會科學語言，也要學習傳承科學技術(shù)語言，使中西文化、科技相互交融，取長補短，讓科學技術(shù)語言成為人們的社會生活語言。

1.1 時空語言（language of time and space）

時間語言 （time language）是由基本詞匯如某時刻、某段時間、某方向時間間隔等與其相關詞匯構(gòu)成的短語和句子。

空間語言（space language）是由基本詞匯如某點、某段距離、某方向位移、面積、體積、波長等與其相關詞匯構(gòu)成的短語和句子。

時空關聯(lián)語言是由描述物體運動的空間位移和時間間隔的基本語言，以及具有時間（time）和空間（space）特性的詞匯相互關聯(lián)而構(gòu)成的詞匯、短語和句子。如速度、加速度、光速度、頻率等。

1.2 物體—運動—時空具有緊密關聯(lián)的三角關系

單獨的時間與空間概念太抽象，不知所云，如與物體和運動關聯(lián)，三者相互依存，不棄不離構(gòu)成緊密關聯(lián)的物體—運動—時空三角關系：世上沒有不運動的物體，也沒有脫離物體的運動，只有時間和空間能表述物體運動的存在形式。如“朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還”，詩人（物體）早上（某時刻）從白帝城（某地為始點）出發(fā)，經(jīng)過一天的時間，船行千里（空間）到達江陵 （某地為終點）。又如，“坐地日行八萬里”，坐在地上的人，靠地球自轉(zhuǎn)，一天的時間，也相當于走了八萬里。這些例子都說明，物體始終處于運動狀態(tài)，運動著的物體必須用時間語言和空間語言描述其運動行為，同時也指出了物體運動的方向（矢量）特性。

但是，人文學科的時空語言中，少有時間與空間發(fā)生關聯(lián)的語言，如移動的路程（空間量）除以時間得到速度、微粒振動次數(shù)（空間量）除以時間得到頻率等時空關聯(lián)構(gòu)成一體的概念。時空關聯(lián)語言在科技語言中應用特別廣泛。

1.3 兩種世界兩種運動學

①宏觀世界（macrocosm）：宏觀物體作宏觀運動，是低速運動，位置移動，機械運動等等，產(chǎn)生了研究物體間作用力規(guī)律的牛頓力學（Newtonian mechanics）。

② 微觀世界（microcosm）：微觀粒子作微觀運動，是高速運動，用光和實物粒子的波粒二象性表述其運動行為，并產(chǎn)生了研究微觀粒子屬性和規(guī)律的量子力學（quantum-mechanics）。

2.用時空語言表述宏觀物體的運動力學

2.1 用時空語言表述物體的運動速度

宏觀物體的運動如火車、汽車、輪船、飛機、飛禽和走獸等。物體的運動速度用時間量（數(shù)與時間單位的乘積，如3秒寫成3s）和空間量（數(shù)與長度單位的乘積，如5米寫成5m）相關聯(lián)的變化來表述。一般把宏觀物體視為質(zhì)點（質(zhì)量為零的幾何點）描述其運動行為較方便。

2.1.1 質(zhì)點的平均速度 （average velocity of the particle）

質(zhì)點的平均速度用符號v表示，質(zhì)點在空間運動的距離（displacement）為△x，其運動的時間間隔（time interval）為△t。質(zhì)點的平均速度等于質(zhì)點的運動距離除以（數(shù)學符號用‘÷’或‘/’）質(zhì)點運動的時間間隔，用數(shù)學式表示為：

由式⑴可以看出距離用長度米 （m），時間用秒（s）為單位，用國際單位制（SI units）表示質(zhì)點平均速度的單位是m/s，讀成米每秒。再明確強調(diào)一下，物體運動的平均速度是表示單位時間內(nèi)物體運動的距離，可以是多少千米每小時（習慣說成每小時多少公里）、多少米每秒（習慣說成每秒多少米）。△x是運動距離的改變量△x=xf－xi，是由終點位置量xf減去始點位置量xi；△t是時間間隔的改變量△t=tf－ti， 是由終點時刻量tf減去始點時刻量ti。

質(zhì)點的平均速度用英語語言表述（Sterway 1983:27）：

From this definition,we see that average velocity has the dimensions of length divided by time or m/s in SI units.

2.1.2 質(zhì)點的瞬時速度 （instantaneous velocity of the particle）

質(zhì)點的瞬時速度有時又稱即時速度，用符號v表示，表示質(zhì)點在某瞬時間（△t→0，即時間間隔趨于零但不為零，還可以理解為‘某時刻’附近）運動的距離（displacement）為△x，其運動的瞬時時間間隔（time interval）為△t。質(zhì)點瞬時速度v等于質(zhì)點的運動距離除以（數(shù)學符號用‘÷’或‘/’）質(zhì)點運動的某瞬時間的平均速度取極限值（limiting value），用數(shù)學式表示為：

式(2)可以理解為把時間間隔分成無限小量，用dt表示，相對應的是運動距離也同樣分成無限小量，用dx表示。瞬時速度v可以表示為dx/dt，即v=dx/dt。

v=dx/dt在數(shù)學領域稱微商或?qū)?shù)，可以說成是x對t的微分，并有專門的運算方法。由此發(fā)現(xiàn)瞬時速度有正值（表示瞬時速度在增加）、負值（表示瞬時速度在減小）或零（表示瞬時速度為零，即質(zhì)點處于某點上）。

質(zhì)點的瞬時速度用英語語言表述（Sterway 1983:28）：

The instantaneous velocity,v,equals the limiting value of the ratio △x/△t as△t approaches zero:v≡lim(△x/△t)

In the calculus notation, this limit is called the derivative of x with respect to t,written dx/dt:

The instantaneous velocity can be positive,negative,or zero.

2.1.3 質(zhì)點的平均加速度 （average acceleration of the particle）

質(zhì)點運動不僅有距離與時間的變化關系，還有運動速度與時間的變化關系。運動速度與時間的變化關系稱為加速度，加速度有平均加速度和瞬時加速度。

質(zhì)點平均加速度用符號a表示，質(zhì)點平均加速度表示在某段時間間隔內(nèi) （△t=tf－ti）速度的改變量（△v=vf－vi）除以時間間隔（△t）。

式(3)中△v是空間運動速度的改變量vf－vi，是由終點速度量vf減去始點速度量vi。速度量的單位是米每秒（m/s），平均加速度的單位=平均速度的單位（m/s）除以時間（s），即 m/s/s=m/s2，讀成米每秒每秒，寫成 m/s2。

質(zhì)點的平均加速度用英語語言表述（Sterway 1983:30）：

The average acceleration of the particle in the time interval△t=tf－tiis defined as the ratio △v/△t,△v=vfviis the change in velocity in this time interval:

Some of the common units of acceleration are meters per second per second(m/s2).

2.1.4 質(zhì)點的瞬時加速度（instantaneous accelera-tion of the particle）

質(zhì)點的瞬時加速度（a）又稱即時加速度或加速度是質(zhì)點運動在某瞬時間（△t→0，即時間間隔趨于零但不為零，還可以理解為‘某時刻’附近）的平均加速度（△v/△t）取極限值（limiting value）定義為瞬時加速度，表示式如下：

由于式(4)的v=dx/dt，加速度也可以寫成：a=d(dx/dt)/dt=d2x/dt2,即加速度（a）等于相同坐標方向的空間距離x對時間t的二階微分（d2x/dt2）。

質(zhì)點的瞬時加速度用英語語言表述（Sterway 1983:31）：

The instantaneous acceleration as the limit of the average acceleration as△t approaches zero.

Since v=dx/dt,acceleration can also be written.

That is acceleration equals the second derivative of the coordinate with respect to time.

物體通過運動距離與時間的比（相除），引入了物體運動的平均速度v、瞬時速度v、平均加速度a和瞬時加速度a等時空統(tǒng)一一體的時空語言。為了引入“某時刻”，又提出了“時間間隔趨于零（△t→0）”的概念，由于時間間隔趨于零與之對應的平均速度和平均加速度就得到其極限值，這就引入了瞬時速度和瞬時加速度。這類描述物體運動的語言具有鮮明的物理特性和哲理性，對于理工科和社會學科的大學生都是非常需要和有益的。

從瞬時速度（v=dx/dt）和瞬時加速度（a=d2x/dt2）的表述式發(fā)現(xiàn)，研究物體運動狀態(tài)從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，可以得到運動物體任一時刻的瞬時速度（v）和加速度（a）。

2.2 用時空語言表述宏觀物體間的作用力

宏觀物體間的作用力，用牛頓力學三定律表述：第一定律指出物體在外力作用下才能改變其運動狀態(tài)；第二定律是表述力、質(zhì)量和加速度之間的關系；第三定律是表述力具有物體間相互作用的性質(zhì)。三個定律都涉及到力，物體間的作用力用時間量、空間量和質(zhì)量（m）（數(shù)與質(zhì)量單位千克的乘積，如3kg）等單位表述。

2.2.1 牛頓第一定律

又稱慣性定律 （Newton’s first law and inertial frames）：簡單的說，任何物體都具有保持運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，這個性質(zhì)叫慣性。一個物體沒有外力作用下，它將保持其靜止或勻速運動的狀態(tài)不變。用數(shù)學形式表述為：F（外力）=0 時，v（勻速）=恒量。 表明了力是物體運動狀態(tài)發(fā)生變化（即得到加速度）的原因。

2.2.2 牛頓第二定律（Newton’s second law）

實驗中發(fā)現(xiàn)，當外力（可以是合外力∑F）作用到物體上時，力（F）與加速度（a）成正比（F∝a），質(zhì)量（m）與加速度成反比（1/m∝a），其數(shù)學表達式：F×1/m∝a，設比例系數(shù)為K，則F=Kma，當力的單位選取牛頓（N），質(zhì)量單位選千克（kg），加速度的單位選米每秒每秒（m/s2）時，K=1，即 1N=1kg·m/s2，讀成“1 牛頓等于1千克·米每秒每秒”，故第二定律可以寫成：

式(5)又因為加速度 a=dv/dt=d(dx/dt)/dt=d2x/dt2，第二定律還可以寫成：

第二定律表明：當物體質(zhì)量一定時，合外力(∑F)的作用下，物體作加速運動。說明外力是一個與時空關聯(lián)的時空語言。

牛頓第二定律用英語語言表述（Sterway,1983:32）：

This is the most general form of Newton’s second law.

Since acceleration is defined as a=dv/dt=d/dt(dx/dt)=d2x/dt2,Eg.(5)can be written

2.2.3 牛頓第三定律（Newton’s third law）

兩個物體之間的作用力F和反作用力F′，在一直線上，大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上。 可以表述為：F=－F′。

3.用時空語言表述微觀粒子的運動特性

微觀粒子分靜止質(zhì)量 （rest mass）為零的如光（量）子（light quantum 或 photon）和實物粒子（material particle 或 photon）如電子（electron），都是高速運動的粒子，都具有波動性和粒子性又稱波粒二象性（wave-particle duality）。 波動性用時空語言波長（λ）和頻率（f）表述；粒子性用涉及時空語言的能量（E=hf）和動量（p=h/λ）表述。波長指完成一個周期波的長度或完成一個完全振動的長度稱波長。頻率指單位時間內(nèi)完全振動的次數(shù)。頻率（f）、波長（λ）是時空關聯(lián)的物理量。

3.1 光的波粒二象性

光已確定是電磁波，同時也是一束由光子組成的微粒流。用波長λ和振動頻率f表述波動性；用光子能量（E=hf）和動量（p=h/λ）表述微粒性，二者又是通過普朗克常數(shù) （h）把振動頻率f和波長λ聯(lián)系起來。由能量與動量公式發(fā)現(xiàn)，頻率f越高能量越高；波長λ越短動（能）量越高。

光是微粒和波動的矛盾統(tǒng)一體，在不同的場合下，可側(cè)重于一個方面的性質(zhì)。在光的發(fā)射過程中，或在與實物相互作用時，光的微粒性表現(xiàn)較突出，如有關電磁波輻射（electromagnetic wave radiation)、光電效應（photoelectric effect）、黑體輻射（black body radiation）等現(xiàn)象就要用微粒說來解釋；光在空間傳播，如光的干涉（interference）和衍射（difference）等現(xiàn)象就得用波動說來解釋。

光的波粒二象性用英語語言表述（Sterway 1983:872）：

We have presented very convincing evidence supporting the photon (particle)concept of light.On the one hand,we describe light in terms of photons with energyhfand momentumh/λ.On the other hand,we must also recognize the fact that light and other electromagnetic waves exhibit interference and difference phenomena.

We have given evidence which shows that all forms of electromagnetic wave radiation can be described from two points of view. In one extreme, electromagnetic wave describes the overall interference pattern formed by a large number of photons.In the other extreme,the photon description is natural when we are dealing with a highly energetic photon of very short wavelength.Hence,light has adualnature;it exhibits both wave and photon characteristics.

3.2 實物粒子如電子的運動特性

德布羅意受到光的波粒二象性的啟發(fā)，假定由粒子構(gòu)成的物質(zhì)，其實必定伴隨有波，從而帶有波的性質(zhì)。并且提出適合于光的兩個著名關系，也同樣適合于電子等實物粒子，即 E=hf，p=h/λ。

對于一個質(zhì)量為m，而運動速度為v的實物粒子，其動量p=mv，由此得出德布羅意波長的關系式：

說明波粒二象性不僅適用于靜止質(zhì)量為零的光子，也適用于實物粒子。

用時空語言表述德布羅意實物粒子波長（Sterway 1983:873）：

De Broglie suggested thatmaterial particles of momentum p should also have wavelike properties and a corresponding wavelength. Since the momentum of a particle of mass m and velocityvisp=mv, thede Broglie wavelengthis

結(jié)束語

物質(zhì)語言、時間語言和空間語言在物質(zhì)運動的物理特性描述中應用較廣泛。特別是時、空語言相關聯(lián)形成的時空語言如瞬時速度、加速度、波長、頻率等，大大推動了現(xiàn)代物理科學語言的發(fā)展。

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