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调教方源就要思索这样一来意志就要一直消耗必需时常获得方源的增补物理学咬文嚼字：无处不在的压力2019-04-28 13:08·中科院物理所压力在中英文中都是一个较量含混的词中文压力对应的物理学词汇包括pressure, tension, stress等, 它们有着差别的甚至含混的量纲应用于差别的语境压力是所有系统都逃避不掉的因素具有相当的正面意义：高压物理学（high-pressure physics）和应力工程（stress engineering）都是主要的学科和艺术 而能接受充满压力（stress）的生涯是一小我私家成熟的标记撰文 | 曹则贤（中国科学院物理研究所）井无压力不出油人无压力轻飘飘——铁人王进喜Stress is poison.1）——Agavé Powers1）文中我将剖析 stress 是一种内在的紧绷着的状态此句可译成应力是毒药不过在一样平常生涯中 mental stress被译成精神压力, social stress被译成社会张力也许这句被译成紧绷着的状态是毒药更合适些整容的朋侪们应该有深切的体会力在物理学中更多的是一个文化上的看法关于这一点诺贝尔奖得主Wilczek现实上还包括更早的物理学家多有深刻的叙述[1]力作为一种文化征象在英文文献中还算是一种隐性的行为好比为一切征象找出一个称为driving force（驱动力）的工具将driving force 同要诠释的征象通过动力学方程搭上联系就算是为问题找到了圆满的诠释一个各人熟知的例子是以为密度的不匀称界说了一个driving force会造成物质的再分派这就是关于扩散的基本头脑于是就有了扩散方程着实这里的基本头脑是说不匀称会自动变得匀称起来虽然现真相形下平衡态漫衍经常是非匀称的于是人们就结构出新的driving force项和响应的看法好比偏析（segregation）以图自作掩饰[2, 3]这种方法的物理研究在今天怕是难有市场了力的文化在中文物理学语境中的影响若是不说是危害却经常是字面上的、更直观的在中国经常听到许多好的物理系的结业生炫耀自己学过了四鼎力大举学似乎力是物理学的实质似的相当多的洋文词被安上了力的尾巴包括引力（gravity, gravitation）摩擦力（friction）、矫顽力 (coercion）、外貌张力（surface tension）、应力（压力stress）、压力（压强pressure）、action-reaction（作用力-反作用力）等等这个字面上的小尾巴的危害在笔者身上的效应是它很洪流平上阻碍了我对问题实质的明确好比friction一词它的汉译摩擦力让我关注它阻碍或者有助于车轮运动的一面而未能实时注重到摩擦的质料学历程（更详细地说是电磁学历程）宏观上质料的磨损（rubbing）微观上的化学键断裂和电荷的再分派界面周围原子的重整以至爆发相变陪同的热爆发等诸多征象 才是摩擦的实质而action-reaction 这样对物理头脑起源具有主要的哲学层面上的意义的词当action 被看成作用力明确时（夹在牛顿定律的表述中难免会云云）则完全掩饰了物理学是凭证action（作用量如普朗克常数）组织的深刻内在2）在种种被中文冠以力的物理学词汇中pressure, tension 和stress 是从社会生涯走入物理学的基本词汇意思相近但它们在中英文语境中都是相互间夹杂不清的因此有辨析的须要2）关于最小作用量原理的主要性将另文专门叙述我以为物理学应该统一地凭证关于作用量共轭来组织其结构 不过各人可能都注重到了热力学是凭证关于能量共轭来组织的为什么是这样不解一PressurePressure 一词来自于按压（pressing）这个行动凭证字典的诠释它首先是一种按压、挤压所引起的感受（a sense of impression caused by or as by compression）这里的impression（往里压；印痕引申为印象）compression （together + press, 往一起压）以及oppression (against + press, 引申为榨取) repression (按下 压下控制)depression （往下压引申为压制感） suppression (往下压压制、控制住)都是和press 同源的都是一种 反感 （a compelling influence）会造成不良情绪的除了气压（gas pressure）、血压（ blood pressure）这些详细的词汇外尚有社会压力（social pressure）这样的笼统看法Pressure 作为一个物理学看法有些地方给出的诠释是单位面积上的力响应地中文物理学教科书将之译为压强压强这其中文词很妙我推测是有强调其是强怀抱的意思但明确为单位面积上的力则是历史遗留的问题有其不当的地方让我们回首一下热力学的基本内容看压强是怎样引入的假设我们研究一个物理系统的性子我们以为系统直观上的巨细即体积是一个可加量（additive）：若将两个相同的物质系统相加其体积为子系统体积之和笔者小我私家以为将质量可加性推给体积可加性是牛顿《自然哲学之数学原理》的一大成绩像这种具有可加性的物理量物理学称为是extensive quantity汉译广延量注重到热力学是以能量为支持点（pivot point） 组织其内容的同体积关于能量共轭的谁人强怀抱（intensive quantity）就被界说为压强（pressure）所有其他广延量这里U的详细性子 取决于它所依赖的所有广延量可见 压强的合适身份是能量的体密度在初等物理课本中遇到的将力F作用到面积A上之类的问题 那里的压强也同样是能量的体密度可以这样明确力F在力的偏向上引起虚位移所做的虚功为则受力面单位体积内的（形变）能量改变 就是一样平常所明确的单位面积上的力以为压力是强制性的、榨取性的是只看到了问题的一面现实上压力是系统保存的须要条件无论是一团中性的气体照旧由磁场和等离子体组成的有限构型的plasmoid3）若没有外在的约束（压力）就会无限疏散开去由压力的界说可见关于一个物质系统当其体积已经很小的时间体积的细小变换就意味着大的能量转变说明要维持这样的系统需要大的压力对一个系统施加外部压力物质系统并不是简朴地各向同性地缩小有时间会体现为原子甚至电子排列方法的改变即爆发相变若压力诱导的相变不是可逆的卸去压力后质料的新物相还可以继续维持保存由此可见高压物理学（high-pressure physics）不但仅能研究物相随压力的转变它照旧合成新物质、新质料的有用要领宇宙中大大都物质都是处在高压状态（星体内部）因此高压物理照旧明确宇宙神秘的钥匙使用金刚石对顶砧（diamond anvil cell）（图1）现在人们已经能够实现高达500GPa 的静压力3）网上可见把plasmoid译成等离子团、等离子粒团的做法把plasma译成等离子体已是大不当 （曹则贤作为物理学专业术语的Plasma一词该怎样翻译《物理》35卷12期1067（2006）.）看待plasmonics, plasmoid等词照旧应该更认真一点图1. 金刚石对顶砧由两块加工成近似锥状的金刚石组成加在较大面积的底部上有限的力会在面积较小的顶部（对顶到一起）形成很大的压强二TensionTension 来自拉丁语tensus本意是拉伸 （to stretch）抻跟压相反（the opposite of compression）在一样平常英文中tension 和 stress 意思靠近 好比我们可以说 social tension 和 social stress都是指社会中差别阶级、差别个体间有强烈冲突的社会状态肉体和精神恒久处于紧绷着的状态会引起tension-type headaches （主要型头疼）Tension 作为一个物理学词汇汉译张力但其具有两种差别的量纲其意义是杂乱的Tension的意思其一是力单位长度的形变所引起的内能改变好比一根吊起1kg物品的绳子其内部的张力约为10N在surface tension（外貌张力）一词中又称surface energy 或surface free energy也叫surface stress其量纲却等价于单位面积上的能量设想一个薄胰子泡膜增大其面积要消耗的能量就正比于surface tension不过由于所有的液滴必需在一定的气压下才华坚持（饱和蒸气压的看法看又一个pressure是保存包管的例子）以是surface energy 并不是液体自身的性子而是由液体和它的外部情形配合决议的以是更确切的术语应是interface energy （界面能）外貌张力的保存让带腊质的叶子上的露珠近似呈球形由于球形有最小的外貌体积比外貌张力是决议液体行为的主要因素在地球外貌上由于重力的保存外貌张力的保存还不是太贫困；现实上它照旧一个可以善加使用的可爱的性子（图2）在太空中的微重力情形下液体的外貌张力让液体管理成为一项令人头疼的事情带tension的另一个物理学词汇是电学里的electrical tension又称 voltage 或electromotive force（电动势）是两点之间的电势差单位为伏特（Volt）图2：水的外貌张力（75.6mJ/m2）足以托起一根曲别针（左图Robert Anderson的摄影作品）许多生物如水黾就是靠水的外貌张力而从容地浮在水面上的（右图）三StressStress汉译应力现实上和pressure有同样的量纲 形貌的是物质内部的一种由于拉伸（同tension 关联）或压缩（同pressure关联）所造成的主要状态从形貌物质内部状态这一点来说tension 和stress虽然量纲差别但在物理图像上更靠近一些凭证界说可见应力一样平常是一个 3×3 的张量量纲为能量的体密度造成stress的缘故原由有系统的拉伸或压缩响应地字面上就有tensile stress （张应力）和 compressive stress （压应力）的说法这三个词就是这样纠缠不清从物理上说应力和压力也是关联的在静水压（hydrostatic compression）时其中是应力张量 （stress tensor）P是静压力是Kronecker符号[4]质料系统能经受多大的拉伸应力是质料性能的主要指标拉伸一个质料在初始时随着形变的增添质料系统内的应力也线性地增添此时质料处于弹性形变规模吊销拉力后质料能回回复状形变凌驾某个临界值时质料进入塑性形变规模此时内部应力先是增添变缓此后甚至随形变的增添而减小最终质料会断裂（图3）形变转入塑性形变时对应的应力就是tensile yield stress（屈服拉伸应力）当我们用stress 形貌人的内在状态时（焦虑度）也应该引入yield stress 这个看法人体在靠近这个屈服压力前应该实时休整所谓的他集万千痛爱于一身也集万钧压力于一身但他从不令痛爱他的人失望他总是令附着于他的压力失重 的说法有点太过文学了些图3、典范质料的拉伸形变同应力之间的关系此图明确批注应力是应变的函数 是由形变引起的应力是关于系统内在状态的形貌是个效果性的工具但在许多场合被误以为是缘故原由性（causal）的好比薄膜生长遇到的一个要害问题是衬底同薄膜之间的晶格匹配问题薄膜中的第一层原子同衬底质料中的原子相团结界面周围薄膜中的原子之间的键长同自由薄膜质料中的键长会有收支则在界面处有应力积累爆发若应力较大时薄膜会破碎（blistering）、爆发相变以消除应力这个历程在许多文献中被形貌为是由应力诱导的现实上应力是原子构型的函数 它不过是沉积原子随着其数目的增添（或者尚有其它参数如温度的改变）而调解其最小能量构型时的（陪同）体现罢了应力水平过高（overstressed） 的系统会失稳过渡到一个应力非匀称的但总形变能最小化的状态龟裂的大地人脸上的皱纹[5]甚至花叶序可能都是追求弹性形变能最小的效果既然应力水平过高的系统会失稳导致自组装名堂的泛起它就可以用来制备种种有序名堂应力工程现在在此偏向上取得了许多傲人的效果被誉为是微纳米制作的第三条途径不过stress 不像电场或磁场那样可以作为外部条件随意添加欲在一个系统内引入给定漫衍的应力场说着简朴要想实现却是很是难题的可是使用热效应是有可能在系统内尤其是在微观系统内爆发一个匀称的应力场的自2004年以来李超荣教授和笔者合作在Ag内核/SiO2壳层微结构上通过冷却在壳层内引入过量的应力在球面的结构上视察到了三角铺排的应力点阵在锥面的结构上视察到了左手性和右手性的7组菲波纳契螺旋状的应力点阵（图4）[6-8]New Scientists 杂志欢呼这是人类第一次在微观条理上制备出菲波纳契螺旋这些效果为验证花叶序作为最小弹性能构型的力学原理提供了坚实的实验依据以后基于对此原理的明确我们同其他合作者一道通过模拟盘算证实大自然中的多种瓜果的外观名堂是应力愚昧模式在由形状因子、果皮厚度和应力过载组成的参数空间中差别域（domain）上的体现 （图5）图4. 在Ag内核/SiO2壳层微结构上实现的应力点阵左为三角铺排点阵右为 5×8 和 13×21 的菲波纳契螺旋名堂 (原图见Ref.[6])图5、 自然瓜果的外观同应力愚昧模子盘算效果的较量（参阅Ref.[9]）虽然pressure, tension 和stress 之间有关联意义上也较量含混但大致说来我们用pressure来体现系统对外界或者外界对系统的作用在界面上；而tension和stress 可用来指系统内部所处的一种紧绷着的状态在一封投稿信中笔者曾写道：生长就意味着在情形中爆发应力对同侪来说就是压力因此应力管理战略是有须要的（Growth……implies stress in the surroundings and pressure upon the congeners; therefore a stress management strategy is necessitated）这一点对社会、对小我私家都是很是主要的Pressure、tension, stress 同我们人作为一个开放的热力学系统息息相关物理的、社会的、精神上的压力我们时刻都会感受到明确了压力自己就是保存状态的一个须要的物理量学会调适我们所感受的压力以及我们小我私家心理以及精神上能遭受的压力水平（这里不区分pressure, tension 和 stress）, 是人生的必修课；要力争做到感受压力、善用压力而不被压力击垮现实上接受生涯充满张力的现实是一小我私家成熟的标记（Maturity is achieved when a person accepts life as full of tension. ~Joshua L. Liebman）许多时间人们所叹息的压力是自己强加的这个时间就要学会从头脑上扫除自己的压力源针对某些艺术家用压力大来为自己的某些不适当行为开脱的做法葛优先生说：不就是演员吗拍个影戏玩能有什么压力 若是各人都能有这份潇洒从心里卸下肩负不太拿自己当回事生涯中就会少一些 pressure, tension 和stress从而会让人生更优美些吧参考文献[1] Frank Wilczek, Fantastic Realities, World Scientific2006.[2] Z. X. Cao, J. Phys.:Cond.Mater. 13, 7923-7935 (2001).[3] 曹则贤扩散偏析费思量《物理》37卷2期128-130（2008）.[4] L. D. Landau, E. M. Lifshitz, Theory of Elasticity, 3th edition, Butterworth Heinemann, 1981.[5] 曹则贤皱纹之美与尊严PPT (2008).[6] C. R. Li, X. N. Zhang, and Z.X.Cao, Triangular and Fibonacci number patterns driven by stress on core/shell microstructures, Science309, 909-911(2005).[7] C. R. Li, A. L. Ji , and Z. X. Cao, Stressed Fibonacci spiral patterns of definite Chirality, Appl. Phys. Lett. 90164102 (2007).[8] C. R. Li ,W. J. Dong, Gao Lei, Z. X. Cao, Stressed triangular lattices on microsized spherical surfaces and their defect management, APL93, 034108 (2008).[9] Jie Yin, Zexian Cao, Chaorong Li, Izhak Sceinman, and Xi Chen, Stress-Driven Buckling patterns in spheroidal core/shell structures, PNAS105, 19132-19135 ( 2008).泉源：返朴编辑：重光近期热门文章Top10↓ 点击问题即可审查 ↓1. 掉入地下一万米2. 以前有个学生熬夜迟到了错把困扰数学家的难题看成业做了出来3. 原子弹制造指南4. 吸猫一时爽一直吸猫一直爽5. 为什么长时间不洗头洗的时间搓不出许多泡沫| No.1456. 一个大活人还能让尿活活憋死7. 以是WiFi 和 4G 究竟哪个更耗电8. 传纸条被发明一看竟写着...9. 铅笔上面那块废柴橡皮为什么容易把纸擦破10. 一幅图读懂量子力学（薛定谔的猫）
2025-09-26 08:16:09
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