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多学科语言怎样互译?

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发表于 2018-5-12 14:08:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
多学科语言怎样互译?
How do Multidisciplinary languages translate each other?
-----讨论饶毅谈色一文(2)
摘要:本文讨论在探索小宇宙过程中,面临多学科交叉研究,当今学科有边界的情况下,信息交流与共享过程中,遇到多学科语言互译的难题。本文揭示多学科语言互译的难点,进行必要地讨论。兼评饶毅谈色一文中多学科语言的理解。
关键词:光,电磁学,人眼,色觉,牛顿,麦克斯韦,饶毅
北大教授饶毅在文中开头着重阐述牛顿在生物学方面贡献,归结为:从生物学角度,色觉是神经系统对外界的反应,牛顿曾于1704年提出人如何感知颜色的想法:光振荡以不同比例作用于视神经,传入大脑而导致人对颜色的感觉不同。可以说,牛顿在感觉神经生物学方面有先驱的想法
牛顿的三问眼
前文已经讨论了牛顿在光学方面的贡献及相关问题。本文继续讨论牛顿在人眼研究方面的观点。牛顿不是研究生物学和医学,他对人眼色觉问题有过论述,在他的《光学》著作中有过一些有关人眼的论述:
1704牛顿发表《光学》一书。牛顿对人眼曾提出三个问题:[1]
牛顿关于颜色和色觉疑问的原文如下:
Newton's Queries on Color and Color Sensation
In Newton's "Opticks", there are three queries (questions) related to colors and color sensation. These three queries as in Netwon's original text are listed below:
Qu. 12. Do not the Rays of Light in falling upon the bottom of the Eye excite Vibrations in the Tunica Retina? Which Vibrations, being propagated along the solid Fibres of the optick Nerves into the Brain, cause the Sense of seeing.
For because dense Bodies conserve their Heata long time, and the densest Bodies conserve their Heat the longest, theVibrations of their parts are of a lasting nature, and therefore may bepropagated along solid Fibres of uniform dense Matter to a greatdistance, for conveying into the Brain the impressions made upon all theOrgans of SenseFor that Motion which can continue long in one and thesame part of a Body, can be propagated a long way from one part toanother, supposing the Body homogeneal, so that the Motion may not bereflected, refracted, interrupted or disorder'd by any unevenness of theBody.
Qu. 13. Do not several sorts of Rays make Vibrations of severalbignesses, which according to their bignesses excite Sensations ofseveral Colours, much after the manner that the Vibrations of the Air,according to their several bignesses excite Sensations of severalSounds? And particularly do not the most refrangible Rays excite theshortest Vibrations for[Pg 346] making a Sensation of deep violet, the leastrefrangible the largest for making a Sensation of deep red, and theseveral intermediate sorts of Rays, Vibrations of several intermediatebignesses to make Sensations of the several intermediate Colours?

Qu. 14. May not the harmony and discord of Colours arise from theproportions of the Vibrations propagated through the Fibres of theoptick Nerves into the Brain, as the harmony and discord of Sounds arisefrom the proportions of the Vibrations of the Air? For some Colours, ifthey be view'd together, are agreeable to one another, as those of Goldand Indigo, and others disagree
这三个问题与颜色和色有关,从这三个问题怎么能认为牛顿是感觉神经生物学的先驱?他认为光是粒子,由粒子说怎么解释人眼的工作机理?
牛顿对人眼的三问:
一是光束的热效应,在致密和致疏物质中的热效应,致密物质保持光的粒子产生的热效应时间比致疏物质中要长;
二是根据声音在空气中所产生的共振效应,声音强度大时,所产生的共振就强。由此推理,牛顿认为几种颜色的光束会以不同光强,在视神经纤维上产生共振,形成视觉。深紫色光束产生的视觉最弱。而深红色光束产生的视觉最强;
三是根据声音的调和与不调和的原理,牛顿认为颜色的调和与不调和与声音类似。不同颜色的光束,不同比例作用于神经纤维,产生共振,形成不同的色觉。
因此,这类共振可以沿着均匀致密的固体纤维传播到很远的地方,以便将所有感官上的信息传递到大脑中。
因为这类共振可以在身体的一个部分 和同样的部分中持续很长时间,可以从一个部分传播到另一个部分,假设身体是各向同性的,这样的共振就不会被身体的任何不均匀性所反射、折射、中断或紊乱。
落在眼睛底部,视网膜共振,通过观察神经纤维所产生的共振,此共振传播到大脑中,会产生视觉。
以上是对牛顿三问的理解,牛顿认为光是粒子,能否讲凊楚视觉的机理?后文继续讨论。
牛顿感觉神经生物学方面先驱吗?[2-8]
饶毅教授在文中指岀:可以说,牛顿在感觉神经生物学方面有先驱的想法。[2]
笔者认为这种说法不太符合事实。其原因如下:
公元前4世纪前后毕达戈拉派的阿尔克迈翁(Alk-malon of Crotona)被称为古希腊的“医学之父”。他主张医学的研究应当重视哲理,认为人体的健康就是体内各种物质的和谐。他特别重视解剖。他在解剖中发现了视觉神经,发现了联系口腔和耳朵的咽鼓管,区分了动脉和静脉。他还认识到思维的器官是脑而不是前人所说的心。阿尔克迈翁是第一位把感觉和思维定位在大脑的古希腊思想家 阿尔克迈翁对人体疾病的理解有系统覌,用“和谐”、“平衡”概念阐述在医学史上这种疾病观具有重大的转折意义。另外,他将感官与思维同大脑联系在一起。这位西方古代名家才是视神经生物学的先驱。这是最早提出脑概念的外国人,在中国古代没有古人提出脑的概念,都将思维归于心。这是東西方古人在意识思维上的差异。
除此而外,还有其他古人也比牛顿早有研究。
公元前384~前322亚里士多德在《动物繁殖》(De generatione animalium 760b28)一文中,明确表示感官所得到的信息(知识)是首位的超过理智思考所能提供的信息这是他充分肯定研究感官具有重大意义。
西方医学之父希波克拉底秘密进行了人体解剖,获得了许多关于人体结构的知识。这对眼科的发展起着重要的作用。
阿维森纳的二百部著作,在当时是高水平的百科全书;另一部巨著是《医典一度成为欧洲一些医学院教材。内容包括:解剖学、病理学、生理学、、治疗学、制剂学、卫生学。被列为医学史上第三座里程碑。
古罗马医师盖仑创立了医学知识和生物学知识的体系。他发展了机体的解剖结构和器官生理学的概念
1543年,维萨里出版了《人体的结构》一书,把人体的内部机能看作是一个充满了各种器官的三维的物质结构。被称作近代解剖学奠基人该书强调了解剖工作时的优先项,也就是后来被称作人体解剖学的观点。
开普勒也研究过人的视觉,认为人看见物体是因为物体所发出的光通过眼睛的水晶体投射在视网膜上,阐明了产生近视和远视的成因
笛卡儿人眼进行光学分析,解释了视力失常的原因是晶状体变形,设计了矫正视力的透镜。1637笛卡尔的《方法论》一书中曾展示眼睛的解剖图,他去世12年后出版的《论人》一书中绘制了视网膜上的神经细胞(后来称为视杆细胞)。可以说他是神经生物学家。
1665英国科学家胡克提出:光照到视网膜的角度不同导致不同的颜色
意大利生物学家马尔皮基用生物显微镜检查内脏构造。荷兰人雷文虎克1665年出版《显微镜学》,他是第一个认出细胞的人。
不难看出,西方名家很早就提出脑的概念,由此又提出神经纤维的概念,这与光学的发展和显微技术的应用是相关联的,不是各自孤立的事件。后来解剖学的提出及应用推动了眼科的发展。
1704前后,牛顿才研究光的颜色和对人眼提出三问。他的主要贡献不在这方面,他不是视神经生物学方面的先驱。以上资料源自百度网相关词条,作了一点整理。
中国古代对分光现象的探索[9
中国古代对现象的认识最早起源于对虹的认识。虹,是太阳光沿着一定角度射入空气中的水滴所引起的比较复杂的一种现象。
我国殷代甲骨文“虹”字像彩虹状,由于古人认为虹是龙的活动,所以两端各加一个蛇头。石鼓文以后写成左形虫、右声工的形声字。不是“百度百科”词条:“光的色散”中所说的“绛”字。
战国时期《楚辞》中有把虹的颜色分为五色的记载。
东汉蔡邕132~192年)在《月令章句》中对虹的形成条件和所在方位作了描述。
唐初孔颖达574~648年)在《礼记注疏》中粗略地揭示出虹的光学成因:若云薄漏日,日照雨滴则生虹说明虹是太阳光照射雨滴所产生的一种自然现象。
公元八世纪中叶,张志和744~773年)在《玄真子·涛之灵》中第一次用实验方法研究了虹,而且是第一次有意识地进行的白光分光实验:背日喷呼水成虹霓之状,而不可直也,齐乎影也
北宋沈括的《梦溪笔谈》中有论述:登州海中,时有云气,如宮室、台观、城喋、人物、车马、冠差,历历可見,谓之“海市”或曰蛟蜃之气所为,疑不然也。“海市蜃楼”这是我国的最早记载。这是大气在重力作用下导致密度不均匀,使折射率渐变产生的一种现象。另外,动物和人的眼睛的水晶体也是梯度折射率。[4]
南宋蔡卞进行了一个模拟日照雨滴的实验,把虹和日月晕现象联系起来并指出了虹和阳光位置之间的关系。
南宋程大昌1123~1195年)在《演繁露》中记述了露滴分光的现象,并指出,日光通过一个液滴也能看到多种颜色,而这种颜色不是水珠本身所具有,而是日光的颜色所著有。
在我国晋代开始,许多典籍都记载了晶体的分光现象。如记载过孔雀毛及某种昆虫表皮在阳光下不断变色的现象,云母片向日举之可观察到各种颜色的光。
李时珍也曾指出较大的六棱形水晶和较小的水晶珠,都能形成分光现象
到了明末,方以智1611~1671年)在所著《物理小识》中综合前人研究的成果,对分光现象作了极精彩的概括,他把带棱的自然晶体和人工烧制的三棱晶体将白光分成五色,与向日喷水而成的五色人造虹、日光照射飞泉产生的五色现象,以及虹霓之彩、日月之晕、五色之云等自然现象联系起来,认为皆同此理即都是白光的分光现象
所有这些都表明中国代对日光分光现象,在多种场合都进行过探索和分析,这些探索比牛顿要早得多,至于对其机理的认识都是非色散概念。而色散概念的建立是在麦克斯韦发表电磁理论以后,赫兹用实验证实电磁波的存在,才确立光谱概念,
光是电磁波,才有波长和色散,用牛顿的粒子概念和惠更斯的子波概念,都是没有波长的概念,不能混为一谈。麦克斯韦发表光是电磁波的数十年里,权威和业内专家大都不认同。如今在小宇宙探索中,同样找不到光是电磁波的踪迹。
麦克斯韦的“鱼眼透镜”[11]
1854 年, 麦克斯韦(J.C.Maxwell) 研究了非均匀介质的光学性能,从理论上论证了一种对某点呈球对称的折射率分布函数,并指出在这种介质空间区域中的每一点,都能无像差地锐成像在其共轭点,这就是著名的麦克斯韦“鱼眼透镜”。这种透镜虽然在理论上有十分重要的意义,但在工艺制作上几乎是无法实现的,因麦克斯韦最早提出对梯度射率介质的理论模型。因此有人称作“绝对光学仪器”。麦克斯韦提出的“鱼眼透镜”概念。这是理想的介质。此后研究者是要实用化,因此制作时是用薄片叠合。所以用梯度折射率这一词。梯度折射率作为光学研究对象是非均匀折射率介质中的光学现象。这种现象在然界中是普遍存在的
1944年,R.K.Luneburg对麦克斯韦“鱼眼透镜”作了进一步研究,提出了一种折射率分布,对某点呈球对称的折射率分布模型。其折射率分布可以用积分方程来描述,对具有这种折射率分布的介质,通常称为Luneburg透镜。在经典的Luneburg透镜中,可以将平行光束聚焦于该透镜表面上一点。为了克服经典模型的困难,后来的研究工作就是改进经典模型,发展成为广义的Luneburg模型。此外,Luneburg还分析了光通过具有双曲线正割折射率分布的梯度折射率GRIN)介质的传播特性。
开普勒也研究过人的视觉,认为人看见物体是因为物体所发出的光通过眼睛的水晶体投射在视网膜上,阐明了产生近视和远视的成因。
如今微小光学业内专家经分析研究后认为:人眼眼球是水晶体,这与开普勒的看法是吻合的。饶教授在谈色一文中,也认为人眼不是相机,眼球是水晶体。也就是说生物学、医学、生理学所给出的人眼结构是存在问题的,如果多学科形成共识,就意味着眼镜店的电脑验光和医学手术应改变目前做法,重新审视,提出新的做法。因为梯度折射率球形透镜的聚光与双凸透镜聚光是不同的。
更让人惊呀的是,在蜜蜂眼的研究中,就已经有水晶体和梯度折射率概念,可是人眼反而没有这些概念介入。
麦克斯韦鱼眼透镜在光学和微小光学领域得到深化研究,为其实用化在不断努力之中,在加工制造方面已渗透到3D打印领域。
然而在天线领域,对梯度折射率透镜的研究,也逐步展开和取得诸多进展。
1966年,C. H. Walter, Traveling Wave Antennas;
1982年,CONSTANTINE A. BALANISAntenna Theory: Analysis and Design;
1981,  R .s.Elhott, Antenna Theon] and Design;
1985年,Milligan, Tbomu.,Modern antenna design.
2003年,John D. Kraus, Ronald l Marhea: Antennas: For All Applications,
2011年,钟顺时编,天线理论与技术.
从上述几本天线专著中,都有龙伯介质透镜的论述。
在雷达和飞行器的军事领域,利用龙伯透镜作为干扰反射器,也已实用化。
如上所述,牛顿与麦克斯韦在生物学研究方面的贡献,特别是对视覚系统的研究方面,麦克斯韦的贡献和影响深远的程度是超过牛顿。如今对三棱镜分光试验的诸多解读存在一些问题,无论是西方国家古人,还是中国古人,对分光机理和眼睛研究方面离不开麦克斯韦电磁理论,他的貢献和对小宇宙探索具有十分重要的意义,希望饶教授关注此事。不同学科的研究者对这方面的理解是不一样的。这多学科语言需要互译,才能逐渐交叉融合。形成对小宇宙的新的认知。
多学科语言的互译
为什么讨论多学科语言互译?为什么在讨论这个问题之前,讨论牛顿和麦克斯韦的贡献?
其原因如下:
1)多学科研究的报告和论文很难找到发表的刋物?其原因是文章不易看懂,笔者写了几百篇博客,只写了一篇论文,三次投稿中科院线上发表,终被无理退稿,技术上无一句评语,凡事不过三。找其它刋物都要收费,笔者不愿意用养老钱支付出版费用。
2)对小宇宙的研究与大宇宙的研究不同,前者借助显微技术,后者借助航天和望远镜技术,所用工具是相反的,一是从零到正无穷大,大宇宙现在看不到边界,二是从零向负无穷大,即心灵深处。观测者在座标系原点。这个原点也找不到,因为大、小宇宙放在一起,该怎样确定座标系?光速及其传播速度和时空定位又该怎么处理?
3)在人眼研究中,以视网膜为分界面,光学管眼球以外,生物学管视网膜以内。所有视觉词条,都将视网膜以外看成相机的屈光原理,很明显这是宏观语言,是光学概念。而視网膜被显微技术“碎化”,变成微纳观层面。笔者也说不清楚,这宏覌语言与微覌语言怎么能放在一个词条上,相互不能“匹配”。而且眼球与视网膜有1毫米间隙,在宏观层面看1毫米不大,在微纳观层面看这1毫米间隙就很大很大。光形成的离子通道与眼球怎么发生关系?离子通道的电流怎样穿过这么大的区域,人眼在视网膜上怎么成像?这一结论是缺乏实证的。
4)在词条中有的提出光是电磁波,词条内容没有电磁波内容。可是生物学论文与著作中用的是HH方程[12]与麦克斯韦理论没有关系,所有变量无一矢量。没有电磁场概念。这是因为麦克斯韦理论不适用,还是因为麦克斯韦跨学科吗?或是电磁波看不见,没有检测设备?这就令人奇怪!难道麦克斯韦鱼眼研究错了吗!为什么生物学不研究?却在天线、光学、雷达、通信领域成为学术前沿研究热点?这些学科不研究眼睛。似乎学科边界比国界更难跨越,难道生物学主流研究机构权威不发声,就无法沟通吗?
5)多学科研究信息交流和共享,应有沟通渠道,要有“翻译”媒体和机构,因为现代科学研究有人力、物力及诸多问题需要在国家层面协调解决。
6)笔者找同学和同事审查,回答是看不懂。笔者看王德奎先生的文章:柯召-魏时珍猜想话霍金平行宇宙也看不懂。一旦跨大学科研究写出的文章让别的学科专家提出看法,没有足夠时间查询很难发表看法。
7)现在我们去看古代文史也看不懂,有的汉字也少见,不认识。过去学过古文都还给老师了。为什么会一再出现古代无科学的批判论调?批评者同样看不懂古文,而看懂古文的专家不懂自然科学。我国的文字工具缺少这方面研究,希望加强这方面工作,促进多学科研究和协同发展。
8)如果麦克斯韦理论能在生物学和脑科学方面应用,会引发技术上的突破。
参考文献
[1]牛顿关于颜色和色觉的​疑问来源:科学网
转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自吴全丰科学网博客。链接地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-322380-675194.html 
[2]饶毅谈色来自: 逸心茶舍 >《色彩》 新浪微博2015-04-02
[3]亚里土多德、希波克拉底柏拉图、阿维森纳来源:百度词条。
[4]维萨里来源:百度词条。
[5]笛卡儿来源:百度词条。
https://baike.baidu.com/item/%E5%8B%92%E5%86%85%C2%B7%E7%AC%9B%E5%8D%A1%E5%B0%94/973024
[6]光学发展简史来源:百度百科词条。
[7]约翰尼斯·开普勒来源:百度百科词条。
[8]麦克斯韦,来源:百度百科。
[9]虹,来源:字源网。http://www.fantizi5.com/ziyuan/
https://baike.baidu.com/item/%E5%85%89%E7%9A%84%E8%89%B2%E6%95%A3/2161205
[11]刘德森等著,微小光学与微透镜阵列,—北京:科学出版社,201320134月第1版。
[12]童勤业 著,理论神经信息学初探:生物声呐及其他感觉系统信息处理机理研究,一杭州:浙江大学出版社,2018.2




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