2009年4月的存档

判断要看背景——方舟子一句译文对不对?

2009年4月23日星期四

庞加莱猜想的话题热闹过一段时期,那时在报道中会看到类似这样的话:

“如果在一个封闭的3维空间中,任何封闭的曲线如果都能收缩到一点的话,那么这个空间是一个3维球面。”

把这句话表述在2维空间中:

“如果在一个封闭的2维空间中,任何封闭的曲线如果都能收缩到一点的话,那么这个空间是一个2维球面,就是我们能直接看到的球面。”

直观感好的人马上看出问题。你拿一个正方体的表面来,它是“一个封闭的2维空间”,如果你在正方体表面上任意画一条封闭的曲线又在正方体表面上选一点,你看得出来,此条曲线总能不离开正方体表面逐渐收缩到你选的那一点。于是产生一个问题:明明是正方体表面,怎么说它是球面呢?这个问题在第一句话中也存在。你也许马上想指出,上面的话错了。且慢,因为这里面还有一个背景。

原来,庞加莱猜想是拓扑学中的一个问题,拓扑学实际上是橡皮世界中的几何学。你想象一下,在一张橡皮膜上画一个正方形,你拉动这张膜总能把正方形弄成一个圆,这表明在拓扑学中正方形与圆是同一个东西,没有任何区别。同样的道理,在拓扑学中,正方体表面与球面也是没有区别的,是同一个东西。

在那个大家都谈庞加莱猜想的时期,上面那些话即使上下文不提“庞加莱猜想”,人们也是不约而同心照不宣地在这五个字的大伞下谈论,知也罢不知也罢,“理论上”都是在拓扑学的背景下发言,于是,你发现的问题自动消失,上面那些话就没有错了。当然,可以做一点改进以避免可能出现的误解,例如把上述话中“这个空间是一个3维球面”改为“这个空间等价(或等同)于一个3维球面”,就不会把爱动脑筋的人引入歧途。

最近有件事与此相仿。方舟子写了一篇文章《科学史上著名公案——数学天才伽罗华之死》,文中介绍了数学家贝尔的英文书《数学大师》並且翻译了其中几段。其中一句英文原文是:

“under what conditions can an equation be solved?”

乍看这句英语,不免令人诧异,数学发展到今天,还没有可能去解任意一个方程例如很多微分方程。但是,贝尔是在叙述伽罗华最后一夜的故事之后讲这句话的,我们自然会在“伽罗华”的背景下理解它。在这个背景下,所谓的“方程”,就是中学学过的一元五次以上的方程,所谓“解”就是给出如一元二次、三次、四次方程那样的,用方程系数的加减乘除及开方表示的求根公式。这样,我们的“诧异”就消失了。也可以把这句话讲得很严格:

“在什么条件下一个一元五次以上的方程能被解得用方程系数的加减乘除及开方表示的式子。”

这句话中的“解”是动词。或者

“在什么条件下一个一元五次以上的方程有用方程系数的加减乘除及开方表示出的解。”

这句话中的“解”是名词,与根同义。伽罗华得到的结果是否定性的,即不可能解得如二次方程那样的式子,不可能有用方程系数的加减乘除及开方表示出的解。可以看到伽罗华的理论并非去研究方程的具体解法。

在伽罗华的背景下,贝尔把上面的话讲得简单点:

“在什么条件下一个方程能被解。”

或者如方舟子翻译的:

“在什么条件下一个方程有解。”

就不会引起误解。前一句话的“解”是动词,强调做与实现,后一句话的“解”可以是名词也可以是动词,看作名词时就与存在性发生关系。但因为伽罗华的结果是否定性的,无论从做的角度还是从存在性的角度看,在此都有一样的意义。好比大海里本无鱼,一个人说不可能钓到鱼,另一个人说不可能看到鱼,有何区别?所以方的译文也站得住脚。

方舟子为什么不直译为被动句,我们可以猜测一下。第一,“有”这个字既主动又被动,兼存在、实现于一身,第二,直译成被动句读上去比较拗口,因此,中文的习惯似乎倾向于用第二句。

因此,说方舟子译文有错,或者联想到代数基本定理(一元n次方程在复数范围内中有且只有n个根),是挨不上边的。当然,改进总是可以的,例如译成“在什么条件下一个方程有二次方程那样的解”,甚至提一下众所周知的规尺三等分一角能不能的事(我没有看过贝尔的书,相信他会在书中讲到这点),那就是另外的如何写得译得更好的话题了。

我的看法,讲科学故事、做科普,大体上对就可以了。如果强调严格规范,面面俱到,搞得单调乏味,读都读不下去,不是舍本逐末吗?
(2009.04.21)

有关GPS卫星钟相对论效应的计算

2009年4月8日星期三

看过方舟子写的《相对论有没有用?》的同事问,GPS卫星上原子钟数据是如何算出来的?中文的,我找到武汉大学测绘学院编的《GPS原理及应用》,网页见

(http://jpkc.whu.edu.cn/jpkcsite/gps/gpscourse
/UploadFiles/kejian/005.ppt#397,3,§3.1 概述)

其中第三章3节即阐述上述计算问题。我们不妨在此引用(包括原书数据) ,並一起算一下。

狭义相对论引起的效应是卫星钟频率变慢,减去原频率就变成负数,具体值为

-Vs²/2c²

其中Vs为卫星运动速度约每秒3874米(m)=3.874•(10的3次方)米。c为光速每秒299792458米=2.998•(10的8次方)米。计算结果为0.835•(10的-10次方),乘以每天秒数86400=8.640•(10的4次方)就得到每天走慢的秒数7.2•(10的-6次方)秒(s)即7.2微秒。

再看广义相对论引起的效应,是卫星钟频率变快,减去原频率后的值为

(μ/c²)•((1/R)-1/r)

其中μ为地球引力常数3.986005•(10的14次方), 量纲为mmm/ss。R为地球半径6378公里=6.378•(10的6次方)米。r为卫星距地心距离,取26560公里=2.656•(10的7次方)米,计算结果为5.287•(10的-10次方),乘以每天秒数86400=8.640•(10的4次方)就得到每天走快的秒数45.68•(10的-6次方)秒即45.68微秒。

有一个问题,既然广义相对论是狭义相对论的推广,为什么不直接用广义相对论一次性计算?我的理解是,为了计算简单,牵涉到运动的部分仍用狭义相对论算,牵涉到重力影响的用广义相对论中近似公式算,虽然都是近似,但够用了。
(2009.4.8)

关于广义相对论的实际应用

2009年4月2日星期四

网友sc指出拙文“为李淼说句话”中没有将李淼话引全,现将有关话重引于下:

“也许他的狭义相对论和广义相对论没有什么实际应用价值,但这些理论对发展当代科学所起的作用,对我们对所生存其中的宇宙的认识所起的作用,足以回报当年养活他的纳税人的钱了(我就不提量子论和布朗运动了,这些是有实用价值的)”

sc的意见:他(李淼)将相对论和“量子论和布朗运动”作了对比,前者“也许……没有什么实际应用价值”,后者“有实用价值”,因此他所指的并非这些理论“刚问世时”(因为刚问世时二者确实都被“一般人”认为“没有实用价值”),而是指现在。他所指的相对论没有实用价值,并非“一般人也看不出”而是他自己看不出。

我涂文时想过这个问题,觉得找不出足够理由否定李淼的活。我是这样想的:量子论的实用价值大家都知道,如光敏开关、太阳能电池、量子计算机,讷米技术可能也算一个。布朗运动,这东西本身就很直观,如花粉在水中的不规则运动,但要问具体有什么实际应用,我到讲不出。听说过有人将布朗运动的理论用到经济学理论上去,那就不是什么很实际的应用了。当然,也可以说我们生活中经常用到它,泡一杯盐水,为了加速溶解,加热、搅拌或晃动杯子,就是使布朗运动更激烈,从而加快盐的扩散溶化。

再说相对论,我本来也不知道狭义相对论有什么与生活相关的实际应用。有一位同事搞电的,告诉我,狭义相对论已用到电视中。因为运动的电子质量要增加,如果没有狭义相对论,我们就不知道对这一效应进行修正,电子在屏幕上的位置就会产生毫米级的偏移,我们也就看不到清晰的图象。这种应用,比起上面的量子论、布朗运动,就比较抽象了。狭义相对论的诸如此类应用,一般人大概也不了解。至于广义相对论,虽然我知道黑洞是用广义相对论发现的,但这个太专业了。广义相对论有没有什么如太阳能电池或电视那样的实际应用,我就不知道了。请知者给予指教。

因此,从我的角度看,李淼这句话“也许他的狭义相对论和广义相对论没有什么实际应用价值”,实在没有否定它的理由。如与量子论、布朗运动的那些应用作对比,就更没有理由去否定它了。我最多可以说,应该把狭义相对论和广义相对论分开讲,比较符合我的知识面。但对看李淼文章的其它人呢?

退一步说,就是能推断出李淼不知道相对论的实际应用,除了说明他的知识面在这一点上有欠缺,或者不够勤快,上网查一查不过几分钟的事嘛,还有什么更多的意义呢? (2009.04.02)

为李淼说句话

2009年4月1日星期三

博文很多是随手写写,抒发一下稍纵即逝的想法,难免有粗漏不当之处。假如有兴趣去看,一方面不可照单全收,另一方面又要多给予一点理解。李淼这篇博文《科学与宗教》就是一个例子。

李文有两部分内容。前面聊科学与宗教,后面发牢骚。

网上看了一下,李淼是搞超弦理论的。这是什么名堂?几年前热闹过的庞加莱猜想是在4维空间中折腾什么样的东西是球面。超弦更是在11维空间中折腾,光子、电子等等都被11维空间中的一根根弦替代了。抽象若此,不要说一般人搞不明白这些研究,就是一些数学家、物理学家也搞不清楚,常常发出质疑:这东东有什么用?为什么花钱去搞这东东?极端的,甚至认为是“伪科学”。

然而,从搞庞加莱猜想、搞超弦理论的人来看,这些研究又都是自然而然走到面前的。如果換个能搞的人去搞,能搞那种几何、拓扑、能搞那种理论物理,搞到那一步都会搞出同样的名堂。不是说这些名堂比其它的有什么高下之分,但确实需要最深厚的知识积累,特别一点,搞的人要有长期“面壁”的耐心,象李淼先生这样活跃的极少。

如此一看,一方质疑,一方发牢骚就是不可避免的事了。

了解这些,我们就知道李文后半部分不过是发发牢骚而已。按照李淼的知识背景,他不可能不知道相对论的应用。他说的:

“……以爱因斯坦所做过的事,我们今天还能说他浪费了纳税人的钱吗?是的,也许他的狭义相对论和广义相对论没有什么实际应用价值,但这些理论对发展当代科学所起的作用,对我们对所生存其中的宇宙的认识所起的作用,足以回报当年养活他的纳税人的钱了……”
  
其中“是的,也许他的狭义相对论和广义相对论没有什么实际应用价值”,我们不妨这样来理解:在相对论刚问世时,人们说它无用,直到今天一般人也看不出它的“实际应用”,即便如此,越来越清楚的事实却是“这些理论对发展当代科学所起的作用,对我们对所生存其中的宇宙的认识所起的作用,足以回报当年养活他的纳税人的钱了”。李意很明显了,超弦的今天就是相对论的过去。

至于李淼说信神会导致对科学感兴趣,倒是没讲出什么道理。请问:因为信神,基督教催生了科学。同样是信神,为什么佛教、伊斯兰教就不能?

李提到开普勒,如果说开普勒是相信上帝完美而“企图通过和谐的多面体解释行星与太阳的距离”,那么,在他的企图失败后继续探索,最后找到可能没有和谐多面体那么完美的答案,他还会一如既往坚信上帝完美无缺吗?显然,只有对大自然的好奇心,支撑他将探索进行到底。人类的好奇心和探险精神远在宗教出现之前就存在了,人类正是由此而非宗教走出非洲。

开普勒还有故事。由于他欣赏哥白尼理论,路德教会校长便怀疑他的虔诚,因此不让他当牧师,送去教书,这才使开普勒走上日后科学的道路。如果说这是宗教帮助了科学,那正如网友oztiger指出的,“等于说清王朝帮革命党组织壮大,花钱送他们去日本就是皇上嘛”。

具体到一个人,我不知道李淼先生是不是教徒?从李先生所告:

“……我从中学就开始的阅读,以为在哥白尼以及伽利略的时代,欧洲教会和科学完全是敌对的,两者信奉的准则完全不同。……这个天大的误会其实来源于我后来一直丢弃的意识形态的影响。”

至少说明李先生年青时不信教。无论是从来不信还是以前不信现在信,有一点始终不变的,就是李先生对科学的兴趣。这让我们生动的看到,一个人信不信教,与对科学感兴趣有什么关系?