编者按
我们每天都要阅读说话写字,很多文字都已经印刻在我们的认知里,日用而不觉,但几乎没有追问过其本源。就像奥古斯丁说的“时间是什么?没有人问我,我倒清楚,有人问我,我想说明,便茫然不解了”。其实,科学、物理、微分、几何……这些看似平常而又容易理解的文字,如果我们系统了解它们的产生和演变的过程,就会由衷赞叹钦佩陈寅恪先生的绝妙总结——“凡解释一字即是作一部文化史”。
我们——来自国防科技大学前沿交叉学科学院的物理光学教学研究兴趣小组——在《物理光学》备课授课过程中,经常萌生这样的想法:为什么用“干涉”来描述干涉,为什么用“相干”来形容相干,“横加干涉”“毫不相干”这些日常用语中的要素为什么在成为自然科学词汇的时候如此清晰可感?在王季烈、萨本栋、钱临照、戴念祖、樊洪业、戴吾三、曹则贤等学者著作的启发下,我们试着通过融合光学、语言学、科技史与科技哲学等多学科知识,系统阐释物理光学经典名词,写下记录这些名词演进过程的系列文章。我们发现,每一个名词的背后几乎都是几代人、几百年智慧的结晶,它们既闪烁着自然科学的耀眼光辉,也温润地散发着人文历史的迷人光影。如今人们可以透彻理解和自由使用这些词汇,切切不可忘记这些词汇创制过程的灵光一现与劳苦艰辛。
从今天起,中国激光杂志社与物理光学教学研究兴趣小组合作推出系列文章“等闲言语变瑰琦”——物理光学词话,与读者一同探索寻常语言里的“瑰琦”世界。
“干涉”(interference)作为波动理论的核心概念,其发现标志着光学从微粒说走向波动说的重要转折。本文从语言学与物理学的双重视角,系统追溯前人对干涉现象的观察、干涉理论的发展背景、英文术语“interference”的创制背景,以及中文译名“干涉”的生成逻辑,体现了“干涉”一词的译名在语义与意象上与其物理内涵高度契合,是科学翻译史上“形神兼备”的典型案例,而由其衍生出的现代技术也已经在当代国民经济与国防安全中发挥着关键作用。
一、引言
因对光的干涉现象的研究而发展起来的干涉理论,对现代基础科学的进步与先进技术的发展起着重要作用。例如,人类首次直接探测到引力波信号是通过一台基于干涉原理的迈克耳孙干涉仪实现的[1];干涉合成孔径雷达(Interferometric synthetic aperture radar, InSAR)通过对雷达回波信号进行干涉处理,能对地表实施全天候、全天时的高精度三维形变监测,被应用于导弹精确制导、战场地势侦察,以及关键基础设施的长期安全评估[2];基于外差干涉测量原理的测量系统凭借高达亚纳米量级的测量精度,为光刻机等高端装备提供了质量基准[3];白光干涉共聚焦显微镜与衍射相位显微技术则通过重构样品表面的三维形貌或折射率分布,能够对生物组织进行纳米级纵向分辨的无损成像,成为生命科学基础研究的有力工具[4]。
上述科学研究与先进技术的源头都是数百年前人们对于“光的干涉”的凝视。在光科学发展的漫长历史中,托马斯·杨(T. Young)于1801年设计了著名的双孔干涉实验,证实了光具有波动性,并第一次提出了干涉与波长的概念[5]。随后,菲涅耳(A. Fresnel)将惠更斯原理与托马斯·杨的干涉思想融为一体,提出了“惠更斯‑菲涅耳原理”[6],为波动光学大厦的建立奠定了基础。
在物理学语言中,“干涉”一词本身便蕴含了现象的本质:两列或多列波在空间中相遇,彼此叠加、相互影响,形成稳定的条纹分布[7]。这一看似简单的过程,经历了从哲学思辨到实验确证、从英文创造到中文移译的漫长历程。本文试着从语言学与物理学的双重视角,梳理“干涉”现象如何被西方人命名,又为何被翻译为中文的“干涉”,勾勒出“干涉”术语生成的历史脉络,进一步增强人们对于干涉理论物理概念和物理内涵的理解。
二、古人对干涉现象的观察
中国古代先贤对光学现象抱有浓厚的兴趣,并在《墨经》中留下了世界上最早的、成体系的光学记录[8]。然而,古人对干涉现象大都处于偶然观察的阶段。古人曾看到的干涉现象之一是所谓“佛顶圆光”,即在佛像雕塑的头部看到彩色光环,俗称“佛光”[9]。这里的“佛光”与峨眉金顶所见的“佛光”不是一回事(高山上所见到的这一光学景象是由于太阳光经过大气折射和散射的结果)。这里“佛光”的产生有两种可能:一种是由于佛像头部粉以油彩后形成了一层透明油膜,在阳光照射下形成了薄膜干涉;另一种是由于佛像头部油膜干燥后形成了规则的褶皱,类似于光栅发生光栅衍射。有记载的较早发现佛顶上这种干涉光彩的是5世纪初南朝萧梁时期[10]。唐代段成式的《酉阳杂俎》[11]、宋代沈括的《梦溪笔谈》[12]也有类似的记载。后来,人们还利用油膜干涉形成色彩的现象来判断油漆的优劣。例如宋代的苏轼在《物类相感志·杂著》中就曾有“漆中多是油。煎朴消为假点上纸上,少时无油渗者佳”的记录。除了佛顶圆光这一干涉现象外,古人还观察到了宝石的变彩和变色现象[13, 14],这种现象是由于晶体内杂质的反射光发生干涉所产生的(当然这是后话了)。
古代西方人对于光学的探索可以追溯到古希腊古典派哲学家对视觉和色彩本质的探讨[15, 16]。对于“干涉”现象的记录出现在公元1世纪,古希腊天文学家克莱奥梅德斯(Cleomedes),在其著作中记载了对于干涉的观察:他描述了油在静止水面上扩散时,可以产生“绿的、紫的、金的、蓝的”等丰富的色彩[17]。古罗马学者老普林尼(Pliny the Elder)和塞内卡(Seneca)也分别在他们的著作中提到过类似肥皂泡或水面油膜的虹彩现象[18, 19]。这些描述虽然详细,但都停留在经验层面。在人类文明的早期,无论是东方还是西方,都尚未触及对光的干涉现象的科学理解。
三、英文术语“interference”的由来
干涉现象的早期科学观察可追溯至17世纪。罗伯特·胡克和艾萨克·牛顿都曾注意到薄片(如肥皂泡、云母片)在光照下呈现彩色条纹[20, 21]。惠更斯在胡克的波动假说基础上,进一步发展了现在被人们称为“惠更斯原理”的子波原理[22]。然而,那个时代物理学的历史背景是牛顿力学时代,人们了解物理原理总是借助于经典力学理论,对光学理论也不例外。因此,牛顿的光微粒说统治了光学一个多世纪。
直到19世纪上半叶,光的波动理论才获得普遍接受。迈出第一步的是英国科学家托马斯·杨,他在1801年完成了著名的双孔干涉实验,证明了光具有波的叠加与干涉特性,并利用波动说对薄膜呈现彩色的现象做出了解释[5]。第二个重要工作是1818年,菲涅耳在巴黎科学院关于光的本质的有奖征文中,应用惠更斯子波原理和杨氏的相干叠加原理给出了光波动的衍射理论,以更严格的数学形式完善了干涉理论,并成功解释了光的衍射[6]。他与杨的工作共同奠定了波动光学的基础。至此,干涉不再仅仅是实验室中的彩色条纹,而成为光的波动本性最直接的证据。
托马斯·杨认为,他的双孔干涉实验现象无法用微粒说解释,唯有假设光是一种波,且两列波在空间相遇时会发生“相长”与“相消”叠加,实现了能量的重新分布,才能解释该实验现象。为此,托马斯.杨在发表其实验结果时,需要一个词来描述“两列波相遇后相互影响并使得能量重新分布”的实验现象。他摒弃了当时已有的“叠加”(superposition)一词,而将这种一个光源叠加另一个光源(在实验中为两个小孔光源)产生明暗条纹的现象用“interference”(干涉)一词命名[23]。他这么做的原因,大概是因为“superposition”更偏数学上线性组合,缺乏“相互介入”的含义。而“interference”有“干预、插手”的含义,能够描述两列波在叠加的过程中相互影响、相互干预,最终导致两束光的能量重新分布。
“interference”由动词形式“interfere”演变而来。而动词“interfere”起源于拉丁语“ferire”,最初的意思为“打击”;古法语将其演变为“entreferer”,字面意思为“相互打击、交锋”。1530年,“interfere”首次在英语中出现,由学者John Pasgrave使用,保留了其“混合、插入”等与冲突有关的含义[24]。17世纪30年代,“interfere”发展出比喻性的含义,即“无理地干涉、反对”。1783年,名词“interference”被创造出来,其前缀“inter-”(拉丁语“inter”)表示“在……之间、相互”的意思;词根“-fer”(拉丁语“ferire”)意为“打击、撞击”;后缀“-ence”是英文中常见的名词后缀,表示行为、状态或性质。合而言之,“interference”意指“多管闲事的行为”。1802年,托马斯·杨首次用其描述光波的相互叠加,赋予其“波的干涉”这一全新的科学内涵。这里我们应注意到,托马斯·杨本身就是一位语言学家(首创“印欧语系”概念、破译古埃及托勒密王朝的罗塞塔石碑等)。所以,他选用的词一定是精心考究过的。
波并非物质颗粒,但两列波的相遇恰如两个实体“相撞”后重新组合,这既保留了古典物理学的力学隐喻,又精准传递了叠加过程中能量重新分配的因果性。因此,“interference”这一术语一经提出便被欧洲大陆学者(如菲涅耳、夫琅禾费)迅速接受,并最终写入所有物理学教材中,与“衍射”(diffraction)、“偏振”(polarization)并列,成为波动光学的三大支柱概念。而在人类文明的进程中,“interference”也从一个描述冲突的拉丁语词,逐步演变为一个在物理规则与社会法则之间构建意义的通用术语——当一个系统(无论是波、信号还是人的行动)与另一个系统发生“碰撞”时,秩序就会被扰动与重塑。
四、中文译名“干涉”的创制
自明代末期,我国开始学习和吸收西方科学技术知识,史称第一次“西学东渐”[25]。当时学习的主要途径是翻译书籍,并且科技书籍的翻译始终沿袭西士口授、国人笔述的合作译书方法[26]。在这一过程中,最困难的地方莫过于确切表达科学概念和名词术语。在来华的外国人中,翻译科技书籍最为著名的人物之一傅兰雅(John Fryer,英国传教士、翻译家)指出,“译西书第一要事为名目”[27],即把确定学术名词看作译书过程中头等重要的事情。到了19世纪下半叶,我国科技术语的翻译方法与定名原则才逐渐确定下来。基本分为两大类:音译和意译。而其中,音译因为无法真正传递术语的物理内涵,因此只在一些人名和化学名词中使用。大部分的术语翻译采用的是意译的方式。意译又分为三种情况:一是借用汉语中已有的词汇赋予新的意义;二是利用汉字偏旁构造新字,或利用不常用的字赋予新意;三是用两三个字解释新概念新事物,并给予准确定义而成为新译名[26]。在这三种方法中,第三种方法最可行。事实上,我国各学科大部分术语的翻译定名也就是依靠第三种方法。
十九世纪中期,近代光学知识才真正在中国传播[9]。中国光学史从传统光学走向近代光学有两个重要标志:首先是1859年,英国教士伟烈亚力(Alexander Wylie, 1815-1887)和李善兰合译的《谈天》出版[28],这是当时中国一批先进学者接受新的科学宇宙观具有里程碑意义的译著。其二是随着洋务运动的兴起,1876年,英国物理学家丁铎尔(John Tyndall, 1820-1893)的《光学》一书由美国传教士金楷理(Carl T. Kreyer)和赵元益合译出版[29]。这本书让中国人第一次系统、全面地了解西方近代光学知识。全书分为上下两卷,上卷对几何光学进行了全面介绍,而下卷的波动光学内容则是第一次为中国人所听闻。这其中就包括了光的干涉的相关知识。在这本书里面,“干涉(interference)”被译为“相阻”,“干涉原理(principle of interference)”被译为“相阻之理”。
在金楷理和赵元益的《光学》译本出版后二十多年,由美国北长老会传教士狄考文创办的山东登州文会馆刊行了一本较好的光学教科书《光学揭要》[30]。该书由美国传教士赫士(Watson McMillen Hayes, 1857-?)口译,朱葆琛笔述。全书共二卷七章,有极好的插图,并且在书末附有英汉术语、人名对照表,方便读者查询。在这本书中,译者将“干涉(interference)”译为“相碍”。
在戊戌变法之后,我国的教学体制有所改变,光学也已作为物理学的一部分在大学讲坛讲授。1900年,由日本饭盛挺造编著,藤田丰八和王季烈翻译重编的《物理学》[31],是我国第一部比较全面的物理学教科书。在这本书的日文原著中,名词术语均用英、法、德3种语言注释。其中,英文“interference”(“干涉”)的日文名词为“两波动ノ集合作用(交叉)”。在该书的中文译本中,将干涉的日文名词翻译为“两浪之相交(交音浪)”。另外,英文“interference of the sound”(“声音干涉”)在原著中的日文名词为“音ノ交叉”,在中文译本中被翻译为“交音浪”[32]。1904年,晚清首部由来华传教士及部分西方学者集体审定刊行的综合性科技术语词典《术语辞汇》出版,其中将“interference of light”翻译为“光相碍,光浪相叠”[33]。
1905年,清政府设立学部,次年学部设编译图书局。1908年,由学部审定科编纂的《物理学语汇》[34]是我国第一部正式发行的物理学名词,一册90页,分为英-中-日、中-英-日、日-英-中三个部分,所收名词条目不足一千。这也是清末,由官方机构编译、审定和发行的第一本物理学名词规范。《物理学语汇》的具体工作,是在我国物理学翻译前辈、时任学部专门司郎中的王季烈先生的主持下进行的。在这本名词条目中,“干涉(interference)”被正式译为“干涉”。
辛亥革命后,名词审定工作多由中国专家学者独立承担,并得到政府部门和学术组织的支持[35],并因此有了《物理学名词(第一次审查本)》(1920年)和《物理学名词(教育部增订本)》(1931年)的编制出版。1932年,时任清华大学教授的萨本栋在对上述两本“名词”的修订和增补的基础上,编成《物理学名词汇》,由中华教育文化基金董事会编译委员会出版发行[36]。其中,“interference”的中文译名用了“干涉”。1933年,萨本栋撰写了中国第一部大学《普通物理学》教科书[37]。该书中的物理术语全部沿用了《物理学名词汇》中的名词,对汉译名词“干涉”的固化和推广传播起到了很大的作用。
“干”字的本义为“盾牌”,引申为“触犯、冒犯、干预”。在古汉语中,“相干”即表示“相互关联、彼此影响”[38]。“涉”字的本义为“徒步过水”,引申为“进入、牵涉、牵连”[38]。合成词“干涉”,在中文固有用法中,指“介入本不属于自己的事务”或“相互牵制”。例如《后汉书》中便有“不得妄相干涉”的表述[39]。值得一提的是,宋代杨万里有一首诗《初入淮河》其二,开篇讲到“两岸舟船各背驰,波痕交涉亦难为”[40],这里的“交涉”应该就是现代的“干涉”(只是这里描述的是水波的干涉现象)。由此可见,我国的古诗词中很早就有了关于“干涉”现象的名词术语。
物理学名词的变化沿革在一定程度上反映了人们学习和吸收物理学知识的过程,名词演变与知识学习这两者是并行的。在对“干涉”名词的翻译中,人们显然注意到了“interference”中“inter‑(相互)”+“-fer(撞击)”的动态意象。“干涉”在以下层面实现了与“interference”的高度对应:首先是动作的相互性。即“干”与“涉”均为双向动词,暗示两列波彼此“介入”对方的存在空间,这与物理事实一致。其次是结果的扰动感。正如“干涉”他人事务会引起状态变化,波与波的叠加会改变原本的振幅分布,产生全新的条纹图样。最后是视觉形象,即波纹在水面相遇时,彼此“涉”入对方的波形,与“涉水”的意象形成有趣的类比。可以说,“干涉”是科学翻译史上少有的、在语义准确性与文学意象层面均超越原文的译名。
五、结语
“干涉”一词的由来,折射出科学概念从发现到命名、从西方到东方、从理论到技术的完整生命周期。托马斯·杨在确定使用“interference”时,用“相互撞击”的隐喻捕捉了光波叠加的本质;而我国在晚清将其译为“干涉”时,又以中文特有的“相互介入”意象实现了跨语际的完美等价。今天,干涉原理不仅没有被新技术淘汰,反而在引力波探测、芯片制造、遥感侦察等战略领域不断焕发新生。理解这一术语的渊源,有助于我们更深刻地认识到,物理学的语言从来不是冰冷的符号,而是一场跨越时空的持续“干涉”——它使不同文明、不同时代的智慧得以叠加、相互影响,并最终凝聚为推动人类进步的相长条纹。
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作者团队介绍
物理光学教学研究兴趣小组旨在通过光学、语言学、科技史与科技哲学等多学科交叉、融入学科发展前沿知识,丰富《物理光学》的教学内容,激发学生创新灵感。目前,兴趣小组成员包括国防科技大学前沿交叉学科学院姜曼副教授、周朴研究员、张雨秋副研究员、叶俊副研究员等教师。姜曼副教授和周朴研究员为本文主要贡献者,姜曼完成本文主体写作,周朴提出思路建议,并对“干涉”一词的汉译过程以及古代诗词中关于干涉的描述提供了相关思路和素材,张雨秋和叶俊对本文的完成亦有贡献。欢迎感兴趣的老师同学加入物理光学教学研究兴趣小组!(欢迎联系:jiangman7@126.com / zhoupu203@163.com)
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