返朴 2019-04-22 作者：曹则贤
压力在中英文中都是一个比较含混的词。中文压力对应的物理学词汇包括pressure, tension, stress等, 它们有着不同的甚至含混的量纲，应用于不同的语境。压力是所有体系都躲避不掉的因素，具有相当的正面意义：高压物理学（high-pressure physics）和应力工程（stress engineering）都是重要的学科和艺术， 而能接受充满压力（stress）的生活是一个人成熟的标志。
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 Powers
1）文中我将阐明， 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，在日常生活中， “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。整容的朋友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概念，关于这一点，诺贝尔奖得主Wilczek，实际上还包括更早的物理学家，多有深刻的论述[1]。力作为一种文化现象，在英文文献中还算是一种隐性的行为，比如，为一切现象找出一个称为driving force（驱动力）的东西，将driving force 同要解释的现象通过动力学方程搭上联系，就算是为问题找到了圆满的解释。一个大家熟知的例子是，认为密度的不均匀定义了一个driving force 
，会造成物质的再分配，这就是关于扩散的基本思想，于是就有了扩散方程 
。其实， 这里的基本思想是说不均匀会自动变得均匀起来。当然，实际情况下平衡态分布常常是非均匀的，于是人们就构造出新的driving force项和相应的概念， 比如偏析（segregation）， 以图自圆其说[2, 3]。这种方式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，如果不说是危害，却常常是字面上的、更直观的。在中国，经常听到很多好的物理系的毕业生夸耀自己学过了四大力学，似乎力是物理学的本质似的。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）、表面张力（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，它很大程度上阻碍了我对问题实质的理解。比如，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，而未能及时注意到摩擦的材料学过程（更具体地说是电磁学过程）。宏观上材料的磨损（rubbing），微观上的化学键断裂和电荷的再分配，界面附近原子的重整以至发生相变，伴随的热产生等诸多现象 才是摩擦的本质。而action-reaction 这样对物理思想起源具有重要的哲学层面上的意义的词，当action 被当作作用力理解时（夹在牛顿定律的表述中难免会如此），则完全掩盖了物理学是按照action（作用量，如普朗克常数）组织的深刻内涵2）。在各种被中文冠以“力”的物理学词汇中，pressure, tension 和stress 是从社会生活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，因此有辨析的必要。
2）关于最小作用量原理的重要性将另文专门阐述。我以为，物理学应该统一地按照关于作用量共轭来组织其结构， 不过大家可能都注意到了，热力学是按照关于能量共轭来组织的。为什么是这样，不解。
一
Pressure
Pressure 一词来自于按压（pressing）这个动作，按照字典的解释，它首先是一种按压、挤压所引起的感觉（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, 引申为压迫)， repression(按下， 压下，控制)，depression（往下压，引申为压抑感）， 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）这些具体的词汇外，还有社会压力（social pressure）这样的抽象概念。
Pressure 作为一个物理学概念，有些地方给出的解释是单位面积上的力，相应地，中文物理学教科书将之译为压强。压强这个中文词很妙，我猜测是有强调其是强度量的意思，但理解为单位面积上的力则是历史遗留的问题，有其不妥的地方。让我们回顾一下热力学的基本内容，看压强是如何引入的。假设我们研究一个物理体系的性质，我们认为体系直观上的大小，即体积，是一个可加量（additive）：若将两个相同的物质体系相加，其体积为子系统体积之和。笔者个人认为，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》的一大成就。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”。注意到，热力学是以能量为支撑点（pivot point）组织其内容的，同体积关于能量共轭的那个强度量（intensive quantity），就被定义为压强（pressure），
所有其他广延量，这里U的具体性质， 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。可以这样理解，力F在力的方向上引起虚位移 
，所做的虚功为
，则受力面单位体积内的（形变）能量改变 
， 就是一般所理解的单位面积上的力。
认为压力是强制性的、压迫性的，是只看到了问题的一面。实际上，压力是体系存在的必要条件。无论是一团中性的气体，还是由磁场和等离子体构成的有限构型的plasmoid3），若没有外在的约束（压力），就会无限分散开去。由压力的定义可见，对于一个物质体系，当其体积已经很小的时候，体积的微小变动就意味着大的能量变化，说明要维持这样的体系需要大的压力。对一个体系施加外部压力，物质体系并不是简单地各向同性地缩小，有时候会表现为原子甚至电子排列方式的改变，即发生相变。若压力诱导的相变不是可逆的，卸去压力后材料的新物相还可以继续维持存在。由此可见高压物理学（high-pressure…
