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张学文
(中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所,新疆 乌鲁木齐,830002)
(2005.12.26刊于世界华人一般性科学论坛(WCFSGS)第1卷第6期)
提要:本文从科学的角度对“个体”和“个”这两个一般用词做了定义和讨论。指出它们有横贯众多学科领域的能力,可以成为一般科学(科学通论)知识体系的基本概念使用。其中的个(用ge 表示)应当取代摩尔(mol),成为7个基本单位之一。1 mol=6022×1020ge 。
关键词:个体,个,摩尔
“整个科学不过是日常思维的一种提炼”(爱因斯坦语),重要概念的提炼,具有加固科学框架的作用,有时比发现一个重要公式有意义。
“个体”和“个”这两个词中国人经常用,但过去没有多思考它们是否也是科技名词。经过分析提炼发现可以把它们提升为具有横跨众多科技领域能力的重要科学概念。而很多重要学科的目前用的专名词反而是其特例。
定义:对于某特定总体(群体、客观物体、体系、系统,要具体而不是哲学性的泛论),如果从某角度可以把它依照比较清楚的边界分割为若干地位相同、彼此可以独立存在的N个部分(N是大于0的正整数),那么其中的每一部分就是一个相对而言的“个体”。
与群体中的其他各个部分:边界清楚、地位相同、独立存在是任何“个体”得到承认的基本要求。
例1:盒子里有20个乒乓球。由于每个乒乓球都有比较清楚的边界可以与其他的乒乓球分开,它们地位相同、彼此独立,我们就承认每个乒乓球是一个个体。
例2:打开钱夹一看,那里有10张100元的钞票。每张钞票有清楚的边界,而且它们也是地位相同,可以独立使用,所以每张钞票就是一个个体。
例3:教室坐着20个学生,每个学生与其他学生都有清楚的分界,而且每个学生的地位相同,可以独立活动,自然应当承认每个学生是一个个体。
例3中要注意每个学生的所谓地位相同是在比较抽象意义下的语言,或者社会意义下的语言,可以理解为:每个学生的地位相同,考题相同,座位大小相同,受到的待遇相同。而每个学生的身高、体重、年龄、住址等特征可以不尽相同,可以不同。
例4:打开箱子一看里面有一个仪器(如打印机)、另外有一根电线、一本说明书。这时我们说箱子里有3个个体:仪器、电线、说明书。三个东西有比较清楚的边界。 “地位相同”是可以理解为装箱时必须独立完成的三个过程,等等。而“独立存在”不言自明。
例5:太平洋里的海水是总体,个体是什么?对这种所谓“不可数(英语文法语言)”名词(对象),只要人工地做划分也是可以的。如划分为太平洋表层、中层、深层的海水,或者按单位经纬度、单位深度切割为小立方体都是符合定义的“个体”(边界清楚、地位相同、彼此独立)。
以上5例都是针对物体这类总体而言的个体。但是根据定义,我们也可以把个体概念扩展到更大的范围。
例6:一个骰子,我把它掷了50次,每次都与其他各次过程无关。应当承认每个过程与另外的过程有清楚的分界,每次过程的结果的地位相同(不能因为不满意而取消它),而每个掷骰子的过程都是一个独立过程。这种彼此独立的“经历”也就是一个独立的事件,不妨称为“事件个体”。统计学里有抽样实验的过程。每次抽样实验本身就是一个“事件个体”。篮球赛每场4节,每天会议上有10个报告,我下了5盘象棋,这里的每个报告、每盘棋都是一个独立的事件个体。
例7:我有30位同学,他有5位朋友,你学习4门课。同学关系、朋友关系、课程与学生间的学习关系都是“单个”的关系。对每个关系,我们也称为个体,但是它是“关系个体”。各个“关系个体”地位相同、独立存在,与其他关系有清楚的边界。
文献[1]中在运动、时间、空间、物理场、抽象事物中也使用“个体”一词。
根据定义群体中的每个个体具有清楚的边界,彼此相同的地位和独立存在的性质,另外各个个体具有下面性质:
3.1个体具有相对而言的不可再分割性(相对而言的整体性、完整性):一个人是一个个体,再分就活不成了,一张人民币再分就成了废纸,而不再是人民币了)。我们可以把个体看作是该名称下的最小成员,再分就危及它存在的资格了。如一个分子是一个个体,再分成更小的原子,那么“分子”就不存在了。在很多情况下,个体是相对而言的最小量子(成员)。你买东西时为什么不能容忍有了残的商品?这体现了你十分尊重个体的完整性。“个体”是总体离散化的手段,也是总体得以存在的基础。
3.2个体的相对性(层次性)是指在某系统中的某个个体本身可以是另外视角下的总体。如地球是太阳系这个总体中的个体,但是在地理学中我们又把地球分成几个不同的部分。一个电子、一个原子、一个分子显然是三个不同层次上的个体,而在另外场合一个原子(一个分子)可以是单独的总体。科学分科过去早已经正确对待过这类相对层次问题。
3.冯向军[2]曾经推论出很多有关的运算规律。
4.1工业产品:没有一个工厂专门生产废品,现代化工业强调其每个合格产品的完全相同。这恰好体现对个体概念的定义要求。如果生产螺丝母的各个不同,它的产品就没有资格进入市场。工业生产的标准化,也就是要求每个产品符合我们对个体的应用定义。追求工业化生产的标准化本身体现了“个体”概念(人为制造的标准个体)的重要性和广泛应用。
4.2货币:显然不是每张纸都可以是货币。关于100元一张的人民币,我们要求每张100元的纸币出厂时必须完全相同(号码则不同),彼此独立,具有相同的社会交换价值。每张货币就是一个个体,它符合对个体的定义。每张货币都是个体概念的特例。旧货币与新货币具有相同的社会交换价值体现各个个体的全同性不是一切方面而仅是某些侧面,半张货币不能流通体现着个体的相对的不可再分性质。货币的广泛流行应用体现了“个体”概念(人为制造的经济领域的个体、量子)的重要性和广泛应用。
4.3生物体:可以独立存活的生物体是生物学研究的核心对象。生物学不是研究1吨生物,而是以单个生物个体为研究对象。单个的生物活体是个体概念的重要特例。随着生物学的进步,单个的细胞,或者单个的DNA大分子也成为生物学的研究对象,而这些都是另外一个层次上的生物个体的事例。没有个体(生物活体、细胞、DNA)概念,没有个体的“我”,生物学就无法独立存在。生物活体、细胞、DNA都是个体概念的特例。
4.4物理与化学中的原子、原子、电子:它们显然是非常重要的概念。而它们都是一定层次上的个体概念的特例。所有的化学反应式的计算都是建立在有多少个分子参加的基础上的,而不是建立在有多少公斤的材料参加了该化学反应的基础之上的。物理学和化学确定了很多的科学单位,如公斤、米、秒,伏特、牛顿等。但是面对化学反应,必须引入另外一个基本单位,摩尔。而摩尔的数量是与个体的数量正正比例的。
4.5抽样实验:统计学的抽样实验大量地用在各个领域,它们都是典型的“过程个体”。于是与概率论有关的统计数学,所谓组合数学都自然也有“个体”概念的地位。
特别值得一提的是实现某结局的办法的次数问题不仅是组合数学中的问题,也是物理学的重要问题。关于物质的热力学熵值S有个著名公式S=klogW 。这里的W是该物质实现目前宏观热力学状态时所可能有的微观办法的个数。有了新含义下的个体概念,对理解这个关系有好处。
现代科学强调科学概念要可以量化、测量、计算,可以给出定量公式。当我们强调“个体”是个科学概念以后自然要求明确计量它的单位是什么,以及是否存在有关它的定量公式?
个体这个概念是可以定量计量的,计量它的单位就是中文词汇里的“个”。
在中文里“个”这个字含义清楚,它是人类在认识了个体概念以后,对个体的数量进行计量时的基本计量单位。如果有一个个体,就说该物质的数量是1“个”。如果有20个苹果,就说这里有20个个体(苹果)。
当我们把一片树林区分为一棵一棵的树(个体)以后,就具有了定量计量这个群体内有多少个个体的基础,即准确提出了如何计算物质(树)的数量多少的问题。这里的计算单位就是一棵树,或者说以一个树木(个体)为单位(不是以立方米,或者吨为单位)。当我们知道这里有200棵树时,“1棵树”无形中就是我们计量它们的单位了,把“1棵树”抽象化就是1“个”个体。200棵树就是200“个”个体(树)。“个”在这里的地位就如同“200公斤大米”中的公斤二字的地位。“个”完全有资格与米m、秒sec、公斤kg、安培A这些单位并列为科学单位。
我们推荐用ge这个符号表示科学计算中的“个”这个单位。于是5m, 5kg, 5ge都是科学符号。5m长的绳子, 5kg重的面粉, 5ge苹果都是科学语言。
人类关于数量的最早的认识都是与个体概念的明朗化,“个”这个单位的明朗化联系着的。“个”是人类认识的第一个物理量(量纲),在它的帮助下我们才开始理解数和量。它是后来的科学定量化运动的伟大起点。“个”这个字在东方语言中是早就存在了。“个”字的出现体现了东方语言的智慧,体现了东方对科学的贡献。
“个体”现在是个科学词汇了,计量某系统内的地位相同、彼此分界清楚、独立存在的个体的数量的单位(量纲)是“个”。
在化学领域有摩尔(mol)这个物理量,而且它是7个基本物理单位之一。其实摩尔就是“个”的N0倍。这里的N0是阿佛伽德罗常数,其数值等于6022×1020 。 “1个”的6022×1020倍称为“1摩尔”。“个”与摩尔的关系类似光年和微米的关系,它们是物理意义相同但是大小不同的单位。
根据上面的讨论,建议用ge(个)代替mol作为7个基本单位之一。而把mol作为它的派生单位,6022×1020 ge=1 mol,就好像我们用秒作为基本单位,而把年作为派生单位。这样不仅体现了ge 基础地位,明确了摩尔与个的关系,而且也使摩尔的应用领域扩大到化学以外。
我们强调一个群体内的各个个体的地位完全相同,但也研究各个个体的特性。我们可以像作家用文字描述人物那样用很多文字描述每个个体的特性。但是在科学领域,就要突出用符号化、定量的方法描述每个个体的特性。
蔡文教授在可拓学中[3]早就发展了描述“物”、“事”、“关系”元的统一的符号化描述方法。如某个体A1的长度是30cm,直径是6cm,重量是2kg,就写为