卢瑟福原子结构理论隐喻分析：多元化视角下的科学文化研究

“隐喻”（metaphor）一词来源于希腊语，“meta”意为“超越”，“phor”意为“传送”，组合在一起就是一个对象的诸方面被传送或转换到另一个对象上，以便第二个对象似乎可被说成第一个[8]。隐喻是从日常经验出发，以已知的事物作为蓝本，去想象未知的事物。隐喻作为“说服的艺术”被认为是诡辩家们的花言巧语，长期以来被科学家所鄙视，但科学家在建构理论和描述理论的过程中又不自觉地使用了隐喻，本文以卢瑟福发现原子“核”的三篇科学文本为语料库作隐喻分析。

原子有核是卢瑟福原子结构理论的中心思想，而“核”隐喻在理论建构中发挥了重要的作用。“核”（nucleus）一词源于拉丁语nucula，意为“小坚果”。在科学领域，首先被用于天文学的“彗核”后来又用于指称“细胞核”[3]323。在物理学领域，卢瑟福通过用α粒子轰击金箔的散射实验证实了原子核的存在。卢瑟福关于原子结构理论发表了两篇最为重要的文章，分别是《物质对α、β粒子的散射和原子的结构》（1911）、《原子的结构》（1914），两篇文章均发表在《哲学研究》（Philosophical Magazine）。通过对这两篇文章的分析，我们可以了解卢瑟福原子结构理论中隐喻的使用及隐喻对于建构该理论的作用。在《原子的结构》发表几个月后，卢瑟福以同样的题目在《科学》（Scientia）期刊上发表了另一篇文章，由于该期刊以发表科学评论、科学新闻为主，拥有更多的非专业领域读者，因此，卢瑟福在这篇文章中使用的隐喻也有所不同[9]（表1）。

表1　卢瑟福使用的隐喻

通过表1，我们可以看出，卢瑟福的三篇文章，尤其是前两篇文章中所使用的隐喻基本相同，都是死隐喻（dead metaphor），即由于长期使用而失去隐喻义的词或短语，如原子、电荷等。法国当代文艺理论家克里斯特瓦认为，“互文性是来自其他文本的话语的交汇，互文性把先前的或同时代的话语转换到交流话语中”[10]。因此，隐喻的使用也是一个“互文”过程，具有历史性，是文本间转换生成的产物。

文章一：《物质对α、β粒子的散射和原子的结构》

通过α粒子轰击金箔的实验，卢瑟福发现大部分的α粒子都可以穿透薄的金属箔，只有少部分的α粒子好像被什么东西挤了一下，因而行动轨迹发生了一定角度的偏斜。还有个别的α粒子，好像正面打在坚硬的东西上，完全反弹回来，根据这一实验结果，卢瑟福认为在原子内部一定有一个体积很小、带正电的坚硬物质。因此在1911年《物质对α、β粒子的散射和原子的结构》论文中，他开篇就提到，“众所周知，α、β粒子与物质的原子碰撞后会偏离其直线运动，对于α粒子，要比β粒子散射的更厉害，因为β粒子的动能和能量更小……似乎有理由假设，大角度偏离是由于单个原子碰撞，因为在大多数情况下，二次碰撞能产生大角度偏离的机会是极小的。简单的计算表明，原子一定是处于强大电场的位置中，才能在一次碰撞后产生如此大的偏离”[11]。卢瑟福否定了汤姆逊认为“带正电的部分均匀分布在球形的原子体积内”的理论，认为“正电荷集中在原子中心”，即“中心电荷”。在1911年发表的第一篇论文中，卢瑟福使用的是“中心电荷”这一概念，而并没有使用“核”，大概是出于保守并且稳妥的考虑。虽然“电荷”（charge）一词来源于拉丁语的carricare，意为“给马车装货物”，后用于法律、经济词汇，有“控告”“记账”等含义，用于物理学也同样是隐喻使用，但由于长期使用，已经转变为“死隐喻”，为物理学界理解并普遍接受。此外，卢瑟福使用了“卫星”隐喻来假设正电荷并不是一个整体，是由与原子中心有距离的“卫星”组合而成，并且在文章后面，卢瑟福又提到了长冈半太郎的“土星环”原子结构，他认为，“无论原子是一个圆盘还是一个圆球，大角度偏离都是不可改变的了”。在1911年的论文里，卢瑟福使用了大量诸如“假设”“推论”“可能”和“不确定”这样的表达方式，由于理论过粗糙，并未引起科学家的反响，但是从他的语言和隐喻使用中，已经暗示了原子“核”结构理论，并且从一开始就引导人们将原子结构与天文现象联系起来。(www.xing528.com)

文章二：《原子的结构》（发表在《哲学研究》）

从1911年到1914年，卢瑟福和他曼彻斯特大学物理实验室的同事们为检验他的原子结构理论进行了系统的实验研究，并肯定了这个理论的正确性。在1914年的论文中，卢瑟福在第一句话就明确提出了原子的“核”理论，并通过α粒子穿过氢气实验确定了“核”的大小。在这篇论文中，卢瑟福用“核”取代了“中心电荷”，创造了“核”与“原子中心”两个概念本不存在的关联性，而核的隐喻更符合人们的日常经验，无须解释就知道其处于中心位置。卢瑟福还介绍了盖革和马斯登所做的α、β粒子穿越金箔和穿越氢气所发生散射的实验，实验的结果符合卢瑟福之前关于原子结构理论的预测，即原子包含一个极小的带正电的核，核被电子围绕使原子呈电中性，电子一直延伸到远离核的普遍接受的原子半径上，并基于实验计算出“核”的大小，证实了“核”带正电荷并且决定了原子主要的物理和化学性质[12]。在这篇文章中，卢瑟福使用的是诸如“证据”“事实”“毫无疑问”“确定”等判决性实验的语言。卢瑟福虽然没有明确提出原子核结构与太阳系的类比，但是他的不容置疑的修辞方式使读者相信并接受原子核理论，并自然地将“电子围绕核运动”与“行星围绕太阳运动”作类比，将“行星模型”类比了卢瑟福原子结构。因此，“行星模型”是读者通过理解卢瑟福的隐喻而形成的意象建构，而不是卢瑟福本人所使用的隐喻。

文章三：《原子的结构》（发表在《科学》）

在发表于Scientia的《原子的结构》文章中，卢瑟福采用了不同于其他两篇文章的叙事方式和隐喻使用。文章开篇没有出现详细的实验过程和计算公式，而是从阴极射线的发现谈起，介绍有关放射的知识，然后才提及汤姆逊的原子模型和盖革、马斯登的实验，介绍了原子核结构，最后又提到了玻尔试图用量子理论解决原子稳定性的工作。鉴于读者的非专业性，卢瑟福运用了不同于科学论文中的隐喻来解释他的原子结构理论，他也使用了“核”隐喻，但是为了解释这一隐喻又使用了在其他两篇文章中未使用的描述性隐喻，在介绍有关放射的知识时，由于原子的衰变可以产生出新的物质形态，他形象地把衰变的物质称为“母物质”（parent substance），产生的新原子是有“生命时限”的，并携带着内生于他们而最终毁灭的“种子”（seed）。在描述散射实验时，他形象地将散射回来的α粒子比作“飞翔的原子”（flying atom），并将汤姆逊的原子结构喻为“洋葱皮”（the coates of an onion），可见，这篇文章通过使用这些更接近日常经验的隐喻而增强了描述性和解释力，便于非专业的读者更容易理解他的原子结构理论。而对于“行星模型”，卢瑟福在这篇文章里也并未提及，因为他认为使原子稳定的力是电子力而不是万有引力，这与太阳系的稳定是不一样的，超出了经典力学的解释能力。

通过考察卢瑟福对“核”结构的隐喻使用，可以将“原子核模型”或原子的“行星模型”视作隐喻建构的结果，卢瑟福继承了早期原子论者的“原子”“涡旋”“轨道”“环”等隐喻，并在自己的论文中介绍了汤姆逊的“洋葱皮”结构和长冈半太郎的“土星环”结构，通过使用一系列接近日常经验的隐喻引导读者形成意象，最终实现对原子结构理论的解释和说明，形成了新的原子结构理论。