Metadynamics 是什么？
Metadynamics 是 Laio 和 Parrinello 在 2002 年提出的一种分子动力学模拟增强采样方法1。它要解决的问题很直接：普通分子动力学模拟常常会被困在某个自由能低谷里，短时间内很难跨过自由能垒，因此也就很难采到构象变化、反应路径、相变等低频但重要的事件。
Metadynamics 的基本思路，是在动力学模拟过程中选择少数几个能够描述慢过程的集体变量，然后沿着这些变量不断加入历史依赖偏置。体系到过哪里，偏置就逐渐“填”到哪里；已经访问过的自由能低谷被逐步抬高之后，体系就更容易离开原来的局部区域，继续探索新的构象空间。随着偏置势不断积累，研究者还可以反推出体系在这些集体变量上的自由能面。
meta- 在这里是什么意思？
Metadynamics 显然是由前缀 meta- 和 dynamics 构成的。Dynamics 在这里译作“动力学”基本没有争议；当然，中文里也存在类似 Molecular Modeling 和 Molecular Simulation 同译为“分子模拟” 的问题，dynamics 和 kinetics 有时也都会被译作“动力学”，但这不是本文要讨论的重点，以后再讲。
那么 meta- 是什么意思呢？
笔者个人喜欢的 BBC 喜剧《是，大臣》（Yes Minister）里，有这样一段：牛津大学古典学三等学位的汉弗莱爵士解释二恶英 dioxin 和变形二恶英 meta-dioxin 中 meta- 的含义。
相关视频可见 Bilibili BV1yU4y1z73R 约 05:08 处。如果播放器没有正常加载，也可以直接打开对应片段。
这里当然是在喜剧语境里调侃官僚语言，但它也提示了 meta- 这个前缀在英语里本身就相当复杂：它可以有 beyond、after、with 等含义，落到不同词语中时侧重点也并不相同。
在中文场景里，我们经常使用“元”来翻译 meta-。这类译法通常表达的是“某物的某物”。例如：
| 中文译名 | 英文词 | 直观含义 |
|---|---|---|
| 元数据 | metadata | 数据的数据 |
| 元理论 | metatheory | 理论的理论 |
| 元认知 | metacognition | 认知的认知 |
| 元分析 | meta-analysis | 分析的分析 |
放到 metadynamics 里，很多人会这样理解：它是在原本的动力学模拟上，额外加入一套随轨迹演化的规则；如果把这套规则也看作一种“动力学”，那么 metadynamics 就可以被解释成“动力学的动力学”。再加上中文里已有的“元数据”“元理论”“元认知”等译法，“元动力学”这个翻译也就很自然地出现了。
所以问题并不是“元动力学”这个译法完全错误。这个译名已经比较常见，写论文、写报告、查资料时也基本能被同行理解。但它的问题在于：metadynamics 中这套随轨迹演化的历史依赖规则，远远还达不到一套“动力学”的程度。如果只看“元动力学”这四个字，读者很容易误以为它是在讨论某种关于动力学的动力学，或者某种更高阶、更根本的动力学理论。
但在分子模拟语境里，metadynamics 的重点并不是提出一套新的动力学基本定律，也不是把动力学本身再提升一个层级，而是在已有的动力学模拟过程中，沿着选定的集体变量不断加入历史相关的偏置势，帮助体系离开已经访问过的自由能区域，从而更有效地探索自由能面。
事实也正如《是，大臣》里所调侃的那样：meta- 本身的英文含义就已经很复杂，再进入中文翻译时，问题只会更复杂。一些常见的科技词汇里，meta- 并不会被统一译成“元”，而是会根据具体词源和学科习惯转成完全不同的中文表达。例如：
| 英文词 | 常见中文译名 | 构词或语义线索 |
|---|---|---|
metathesis | 复分解 | meta- 有“变化”义，thesis 与“位置”相关 |
metaplasia | 化生 | meta- 有“变化”义，plasia 与发育、形成相关 |
metabolism | 新陈代谢 | meta- 有“变化”义，bol 与放置、抛投相关，-ism 为名词化后缀 |
Metazoa | 后生动物 | meta- 取“after”一类含义 |
metanephros | 后肾 | meta- 取“after”一类含义 |
meta-xylene | 间二甲苯 | meta- 表示芳环取代位置关系 |
metastate | 亚稳态 | meta- 表示介于稳定与不稳定之间的状态 |
其实如果只从 meta- 的字面义出发，很多译法都可以勉强说得过去：变换动力学、后动力学、亚动力学、元动力学，似乎都能各自找到一点解释空间。那么理论上到底应该怎么翻译呢？这个时候，问问提出者的想法可能是最好的。
笔者的师兄曾在 Parrinello 组里做过博士后，当时他问过 Parrinello 本人这个问题。他的原话是：“No special meaning. It’s just a name”（没有特殊含义，只是一个名字而已）。最初提出这一方法的 Laio 和 Parrinello 那篇文章里1，甚至还没有直接使用 metadynamics 这个名称，而是使用了 metastep、metatrajectory、metastates 等概念；后来的 metadynamics，可以理解为从这些概念中进一步提炼出的名称。
因此，在提出者本人已经明确表示名称含义模糊的情况下，为了达到翻译的准确性，此时音译反而是更容易接受的选择。如果音译还能更准确地反映方法含义，效果就更好。
那么应该怎么译？
因此，我们组内一直更推荐使用埋拓动力学：其中“埋拓”本身是 meta- 的音译，同时“埋”对应埋入偏置势，“拓”对应拓展采样空间。
不过，鉴于 metadynamics 在各种场景中已经被广泛使用，大家也都有各自习惯的译法，很多时候维持 metadynamics 本身的英文写法，可能反而是更现实的妥协选择。事实上，metadynamics 在缩写（如 mtd / metad）、衍生方法翻译（如 well-tempered metadynamics）等方面也仍有不少争议。
Footnotes
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Laio A, Parrinello M. Escaping free-energy minima. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002;99(20):12562-12566. doi:10.1073/pnas.202427399 ↩ ↩2