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1、087 以古诗词为载体普及物理学 熊万杰 1* 郭子政 1 陈 娟 2 （华南农业大学电子工程学院， 广州 510640 ） 1 （上海市建平中学西校，上海 201204 ） 2 收稿日期： 2017-09-24 基金项目：广东省科技计划项目“中华传统文化中的物理学知识和思想探析”（2016A070712014）。 * 通信作者：E-mail： 。 诗词歌赋是中华传统文化的重要表现形 式，好的诗词，穿越了时空，传唱了千年， 沉淀为我们民族文化的基因。古人云：“吟诗 喜作豪句，须不叛于理方善。” 1 文学虽然允 许虚构、夸张、想象、比喻，但不违背事物 的道理、不背离生活的真实是一些优美诗词 作品
2、的重要特征。一些诗词中包含了对自然 现象与人类生活实践的描述 2i ，甚至渗透了 诗人对自然规律的理解和领悟 3，令人叹为观 止。而作为自然科学的基础学科，物理学从 它诞生起就一直以探索自然规律为己任。尽 管诗词与物理学分属文理科的不同研究领域， 但他们都对自然现象进行描述与分析，都对 社会的发展进步发挥积极作用，两者之间并 不是毫无关联性，并没有一道不可逾越的鸿 沟。如果以诗词为载体，用现代物理知识解 读其中所描述的自然现象及其背后所蕴含的 科学原理，既能引导人们认知和探索物理学， 提升物理学普及的趣味性、有效性，又能进 一步发掘古诗词的丰富内涵，促进诗词的推 广，可谓一举两得。 1古诗词在
3、物理学普及中的作用 从文化的角度来看，古诗词中描述的自然 现象或是赋、比、兴等写作手法的需要，或是 为塑造鲜明的艺术形象作铺垫，或是为作者触 景生情、借景抒情服务。从科学的角度来看， 古诗词中对自然规律的思考与描述来源于人们 的生产生活实践，体现了古人对科学技术的探 索，同时也承载了普及科学的功能。 摘 要 诗词是传统文化中的重要文学体裁形式，我国当代粒子物理学家们就曾以诗词来反映他们的内心世 界和物理学的发展进程。本文以古诗词为载体，展现了其中描述的自然现象或诗人对自然规律的领悟，并从 现代物理学的角度对其予以解析。这有助于提升物理学普及的趣味性、有效性，同时对于分析古代科技的成 就与局限以
4、及诗词的推广也具有一定的积极意义。 关键词 古诗词 自然现象 物理学普及 古诗词推广 中图分类号 N4 文献标识码 A DOI 10.19293/ki.1673-8357.2017.06.011 以古诗词为载体普及物理学 熊万杰 郭子政 陈 娟创作评析 tudies on Science Popularization S 088 2017 年第 06 期 总第071 期 以下将从参照物参考系、杆秤杠 杆原理、茶声蒸发与沸腾、露珠表面 张力、潮汐引潮力、雷电放电现象、 彩虹光的色散、海市蜃楼光的折射、 颜色眼睛的视觉效果等九个物理学知识 点展开，分析古诗词中的相关描述，展示其 在物理学普及中的作
5、用。 1.1 参照物参考系 北宋词人张先（990 1078 年）曾作天 仙子： 水调数声持酒听，午醉醒来愁未醒。送 春春去几时回？临晚镜，伤流景，往事后期 空记省。沙上并禽池上暝，云破月来花弄影。 重重帘幕密遮灯，风不定，人初静，明日落 红应满径。 这首词上阙描述了作者借歌、酒来消愁， 但却于事无补，烦恼尤甚。而下阙则表达了 百无聊赖之余对酣歌妙舞的府会了无兴趣的 心理，尽管似乎有些消极，但词中的“云破 月来花弄影”一句却是备受推崇，张先因此 有“张三影”的美誉。这句词前半段写月亮 破云而出，后半段描述花在忽明忽暗的月光 下形成的影子摇曳不定。其中“月来”以云 为参考系观察月亮， “花弄影”所
6、选的参考系 则又变成了地面。词人从生活经验出发，通 过变换参考系，写出了既自然美妙又有物理 学意味的优美诗句。 而清朝诗人孙原湘（1760 1829 年）在 西陵峡中写道： 一滩声过一滩催，一日舟行几百回。郢 树碧从帆底尽，楚台青向橹前来。 郢是古代中国楚国的都城，在今湖北省 荆州市境内。这里的“郢树”与“楚台”对仗 工整，都是指西陵峡岸边的景物。诗人以自己 所坐的船为参照物，把江边的树描绘成从帆底 退去，把面前楚台描述成扑向船橹一样。正是 诗人以船为参照物，才有了动、静物体互为颠 倒的写法。这样既写出船行至西陵峡独特的感 受，又给读者以新奇的印象 26。 1.2 杆秤杠杆原理 晚唐著名诗人杜
7、牧（803 约 852 年）在 早秋中写道： 疏雨洗空旷，秋标惊意新。大热去酷吏， 清风来故人。樽酒酌未酌，晚花嚬 不嚬。铢 秤与缕雪，谁觉老陈陈？ 嚬同“颦”，皱眉。铢，最小计量单位， 二十四铢为一两。缕雪即雪缕，白色的丝线， 这里指代高雅洁净的事物。陈陈，指陈年的 粮食，泛指陈旧的东西。全诗大意为：疏雨 潇潇，碧空如洗。秋之刚至，气象清新。炎 热如酷吏离去，清风似故人来到。举杯欲饮， 斟而未斟；晚花折皱，谢而未谢。早秋时节， 粮食买卖和丝线贸易正当其时。这首诗的最 后两句也可意译为：谁说公平正义和高雅洁 净已是陈年旧事？这实质上暗喻着诗人对政 治清明之期盼 216。 杆秤在这首诗中被赋予了
8、公平正义的人 文意义，事实上，它在古代是称重和度量的 重要工具（如图1） ，可以将其视为一个杠 杆：提纽为支点，提纽到秤钩的距离为阻力 臂、到秤砣的距离为动力臂，待测物体对秤 钩的作用力为阻力，秤砣对杆的作用力为动 力。使用木杆秤称重时，根据被称物的轻重 移动秤砣，使砣与物体对提纽形成的力矩相 等，秤杆因而保持平衡，此时砣绳对应的杆 秤上的星点读数，即被称物体的质量。 图 1 木杆秤 1.3 茶声蒸发与沸腾 宋代学者罗大经（1196 1242 年）有经 089 以古诗词为载体普及物理学 熊万杰 郭子政 陈 娟创作评析 邦济世之志，他所编撰的鹤林玉露记述 了宋代文人轶事，并对前代及宋代诗文的文
9、学流派、文艺思想、作品风格，作过中肯而 又有益的评论，有较强的文学史料价值。该 书中录有宋代词人李南金的诗作茶声： 砌虫唧唧万蝉催，忽有千车捆载来。听 得松风并涧水，急呼缥色绿瓷杯。 这首诗实际上详细描述了茶水从加热、 快速蒸发到沸腾过程（如图2） 。水初沸时如 虫声唧唧同鸣，又如万蝉齐噪。二沸如同千 辆重载大车驶过。到了松涛骤起，涧流喧豗 （撞击），已是三沸，应即注入放好茶末的绿 瓷杯中。古人的观察，何等认真与细致！ 用壶烧开水时，冷水重而往下沉，热水 轻而往上浮，形成一定的环流。在环流过程 中水分子相互碰撞，导致出现振动而发声。 而气泡上浮至液面后破裂也会产生声音，这 是因为由于持续加热，
10、水面下离热源最近的 水会先达到沸点，一部分水汽化为水蒸汽， 形成气泡，向上运动，并挣脱液体表面的束 缚，释放到空气中。在此过程中，水的响声 有高低不同的两种：一种是快要沸腾时，水 发出非常连续的响声，音调很高，正如“砌 虫唧唧万蝉催，忽有千车捆载来”；另一种 是沸腾时，水发出“噗噜、噗噜”可辨的断 续响声，音调远没有前者的高。这又是为什 么呢？原来，水壶盛水前，壶壁上吸附着一 层空气，加了水后，这层空气就变成了大量 微小的气泡。气泡受到壶壁的吸附力大于气 泡自身所受到的浮力，因此它们粘附在壶壁 上。当水温升高，气泡受热膨胀，且水温达 到 7080时包裹住气泡的水蒸发加快，水蒸 气渗透进入气泡使
11、其体积明显增大，它所受 到的浮力就相应增加。直至浮力大于壶壁吸 附力时，气泡就要离开壶壁上升，之后遇到 周围的凉水，里面的水蒸气就要液化，使气 泡变小或破裂。气泡在水中运动，而且上升 过程中体积大小交替变化非常快，再加上因 上下温度不均匀引起的水的对流，使壶里的 水处于频率较高的振动状态，进而又经过空 气的传播，形成了音调较高的水声。随着不 断加热，壶里各处的温差越来越小，水的对 流渐渐平息，气泡体积大小交替变化也越来 越慢，壶内水的振动也越来越弱。尽管沸腾 时气泡在水面上破裂引起了空气的振动，但 其频率远不如前者的高，水声的音调也就不 那么高了。这就是“开水不响， 响水不开”的 物理原因。至
12、于其人文意义，则是指真正有 本领和水平的人不事张扬，而喜欢自我标榜 的人往往能力不济 285 。 图 2 煮水泡茶 1.4 露珠表面张力 中唐时期的著名诗人白居易（772 846 年）曾作七言绝句暮江吟： 一道残阳铺水中，半江瑟瑟半江红。可 怜九月初三夜，露似真珠月似弓。 该 诗 语 言 清 丽 流 畅， 格 调 清 新， 尤 其 是后半段写到了江边的草地上挂满了晶莹的 露珠，而这绿草上的滴滴清露，很像是镶嵌 在上面的粒粒珍珠。这里的“真珠”通“珍 珠”，用“真珠”作比喻，不仅写出了露珠的 圆润，而且写出了在新月的清辉下，露珠闪 烁的光泽。“露似真珠”表明露珠呈球形且晶 莹透亮。 无独有偶，另
13、两首唐诗也描写了露珠的 圆润（如图 3） ，一首是韦应物（737 792年） tudies on Science Popularization S 090 2017 年第 06 期 总第071 期 创作的一首五言绝句咏露珠： 秋荷一滴露，清夜坠玄天。好来玉盘上， 不定始知圆。 图 3 荷叶上的露珠 另 一 首是 羊 士 谔（ 约 762 819 年 ）的 林馆避暑 ： 池岛清阴里，无人泛酒船。山蜩金奏响， 荷露水精圆。静胜朝还暮，幽观白已玄。家 林正如此，何事赋归田。 露珠之所以是球形的，这是水的表面张 力在起作用。在液体表面，由于表面层里的 分子向液面内扩散比液体内部分子向表面扩 散来得容易
14、，表面分子变得稀疏了，分子间 的距离比液体内部大一些，分子间的相互作 用整体表现为引力 4。因分子间的引力，液 体表面就像一张绷紧的橡皮膜，这种促使液 体表面收缩的绷紧的力，就是表面张力。正 如成语“张弛有度”所体现的，“张”是紧张、 绷紧的意思，就像你要把弹簧拉开些，弹簧 反而表现具有收缩的趋势。体积相等的各种 形状的物体中，球形物体的表面积最小。对 于一定体积的露水，由于液体表面张力的作 用，其具有收缩到最小面积的趋势，因此， 露水会呈现球形。 1.5 潮汐引潮力 初唐诗人张若虚（约647约 730 年）的 春江花月夜被现代著名诗人闻一多称为 “诗中的诗，顶峰上的顶峰”“以孤篇压倒全 唐之
15、作”。该诗的前两句就写道“春江潮水连 海平， 海上明月共潮生。 ”这两句诗所描绘的 景象就是浩瀚的潮汐带来的滔滔江水，一轮 明月悬挂在空中，潮汐和月亮仿佛商量好了 一般，同步出现。这其实说明潮汐的形成与 月亮的运动有关。的确如此，地球上各处海 水受到月球对它的万有引力以及因地球绕地 月质心旋转而形成的惯性离心力，人们把的 这两力的合力称为引潮力。如图4 所示，P 是 月球，E 是地球，Q是地月质心，在引潮力的 作用下，近月点A 和远月点B 处的海水都出 现涨潮，分别到达A和 B处，使本是球形 的海平面微微出现纺锤体形状。 此外，唐代诗人白居易在潮中写道： 早潮才落晚潮来，一月周流六十回。不 独
16、光阴朝复暮，杭州老去被潮催。 这实际上描述了钱塘江一天内有两次高 潮，分别为早潮和晚潮，若按30 天计，一个 月中就有60 次高潮。这是因为随着地球的自 转，一个地方一昼夜会有两次靠近和远离月 球，形成两次高潮。 而北宋诗人陈师道（1053 1102 年）在 十七日观潮中写道： 漫漫平沙走白虹，瑶台失手玉杯空。晴 天摇动清江底，晚日浮沉急浪中。 意思是说，涌上来的潮水向一道白色的 长虹，奔腾汹涌，好似天上瑶台中的水被泼 向人间。这其实是因为海水涨潮倒灌进钱塘 江的入海口，受到河床的约束，排山倒海般 层层相叠，掀起巨大的波澜。而且一般而言， 农历八月十六日至八月十八日潮涌最大，因 为这一时间段太
17、阳、月亮、地球几乎在一条 直线上，海水受到的引潮力最大。这里需要 说明的是，尽管太阳对海水的引力是月亮对 海水的引力的180 倍，但月球的引潮力是太阳 的 2.3 倍，原因在于引潮力与距离的立方而不 是平方成正比 5。 091 1.6 雷电放电现象 晚唐诗人李洞的诗作华山通过对大 自然风云变换的描述，有声有色地勾画出华 山的千姿百态： 碧山长冻地长秋，日夕泉源聒华州。万 户烟侵关令宅，四时云在使君楼。风驱雷电 临河震，鹤引神仙出月游。峰顶高眠灵药熟， 自无霜雪上人头。 华山海拔2 154.9 米，挺拔屹立于海拔仅 330400 米渭河平原，北临咆哮的黄河，南依 秦岭，是秦岭支脉分水脊北侧的一座
18、花岗岩 山。这首诗介绍了华山的四季风光，及其高、 奇、险、峻的特点。尤其是“风驱雷电临河 震，鹤引神仙出月游”一句，指出了因风的 驱动产生了雷电，而雷电带来了如此壮观的 景象，以至于震动山河，从而把华山磅礴的 气势与雄伟的气魄体现得淋漓尽致。 雷电是一种自然放电现象。一般而言， 因气候和光照等原因，地表水吸收热量后汽 化 为水 蒸 气。 水 蒸气 随 着热 空 气上 升， 与 高 空中 的 冷 空气 相遇 后产 生 对流， 吸 附空 气中游离的正离子和负离子，并在地球电场 的作用下，凝结成大量带电的小水滴和小冰 粒，形成带电积雨云。若水珠和冰粒体积增 大，就会下落到地上成为雨滴和冰雹。在大 气
19、层的对流圈附近，随着风的驱动，积雨云 对流发展越来越旺盛，云与云之间的碰撞加 剧，它们分离、组合成分别带正电和带负电 的不同云块。随着异种电荷的不断积累，不 同电极性云块之间的电势差不断增大，当电 势差达到250 万300 万伏时便会击穿云层或 空气进行放电，瞬间形成强烈的弧光和火花， 这就是我们看到的闪电。在闪电通道中电流 极强，电能转化为热能，空气受热急剧膨胀， 气压突增，随之发生爆炸的轰鸣声，这就是 雷声。 1.7 彩虹光的色散 诗经 鄘 风第七篇蝃蝀 中写道： “蝃蝀 在东，莫之敢指。 ” “朝 隮于西，崇朝其 雨。 ” “蝃蝀 ”就是虹的别称。“莫之敢指” ， 字面意思是“没人胆敢将
20、它指”，实际上指 晴天对着高照的太阳看可能会灼伤人眼。隮， “升起”的意思。 “崇”通“终” ， “崇朝”即 整个早上。这几句意思是说，暮虹出现在东 方，次日就会是艳阳高照的晴天；朝虹出现 在西方，整个早上都会是蒙蒙雨的天气。这 实际上是古人对生活经验的总结。人必须背 对太阳时，才能看到太阳光因穿过云层和空 气中的小水滴而形成的主虹，因此暮虹在东， 此时太阳在西，云层在东；朝虹在西，此时 太阳在东，云层在西。所谓“东边日出西边 雨”，人们根据云层厚度及其所在的位置判断 天气的情况。 而 毛 泽 东（ 1893 1976 年 ） 在 菩 萨 蛮大柏地也写到了彩虹： 赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞
21、？雨 后复斜阳，关山阵阵苍。当年鏖战急，弹洞 前村壁，装点此关山，今朝更好看。 这首词是毛主席1933 年重返江西瑞金市 北部的大柏地，想起四年前在此处金戈铁马 的往事而写就的。其中前两句意思是说：天 空中有赤橙黄绿青蓝紫七种颜色，是谁又在 手 持这 彩虹 临 空 舞蹈？ 这 实 际上 是 说 彩虹 有 红橙 黄绿 青 蓝 紫七 种 颜色。 从 物 理 学解 析，这正是太阳光的色散现象。太阳发出白 光，而白光是一种复合光，由红橙黄绿青蓝 紫七种单色光组成。不同色光进入同一种介 质，波长小的频率高，介质的折射率随之变 大，这使入射光的折射能力增强，在入射角 图 4 引潮力示意图 以古诗词为载体普
22、及物理学 熊万杰 郭子政 陈 娟创作评析 tudies on Science Popularization S 092 2017 年第 06 期 总第071 期 相同时，相应的折射角也大。红光的波长最 长，紫光波长最短，因此紫光的折射角最大， 红光最小。于是，太阳光经过折射之后原本 混合在一起的白色光被分离成七种颜色。 图 5 小水珠对太阳光的色散 如图 5，太阳光照射到由大量小水珠组 成云层时，由于光在小水珠内被反射，观察 者看见的光谱应该是倒过来，红光在最下方， 紫光在最上方，其他颜色居中，而且入射太 阳光与色散光呈40 o42o。但是，人们看到的 彩虹多为弧形，且外侧为红色，紫色居于最
23、内侧，这是为什么呢？原来，彩虹是多个小 水珠对太阳光色散的结果，因空间的广阔， 人眼只能观察到某个水珠散射出来的一种色 光。也就是说如果人眼看见了甲水珠散射的 紫光，那么它散射的红光位于紫光的下方且相 距较远而不能为该处的人眼所探知（如图6） 。 人眼看到彩虹中的红色，来源于位于甲水珠 上方的乙水珠的散射，因此人们发现彩虹的 外侧是红光，内侧是紫光 6。又因为排列成 弧形的水珠散射的同一种色光能为人眼感知， 所以彩虹成弧形。 图 6 人眼看到的彩虹颜色次序 7 1.8 海市蜃楼光的折射 宋代大文豪苏轼（10371101年）在登 州海市中写道： 东方云海空复空，群仙出没空明中。荡 摇浮世生万象，
24、岂有贝阙藏珠宫。心知所见 皆幻影，敢以耳目烦神工。岁寒水冷天地闭， 为我起蛰鞭鱼龙。重楼翠阜出霜晓，异事惊 倒百岁翁。人间所得容力取，世外无物谁为 雄。率然有请不我拒，信我人厄非天穷。 登州即为现在的山东蓬莱一带，这首诗描 述的就是在此处出现了海市蜃楼现象，苏轼在 诗中认为这种现象是人的视觉所产生的一种幻 境。 “海市蜃楼”现在已经是一个成语，比喻 虚幻的事物；蓬莱附近的海域就是古代神话小 说八仙过海中“海”的所在地。 图 7 海市蜃楼（上蜃） 元代马钰（11231183 年）也曾作蓬 莱客咏海市 ： 灵烟漠，红光紫雾成楼阁。成楼阁，鸾 飞凤舞，往来琼廓。神仙队仗迎丹药，虚无 造化龙生恶。龙生
25、恶，蓬莱三岛，横铺碧落。 这就进一步表示海市蜃楼是幻境了，人 们看到了空中楼阁，甚至看到了列队的神仙 等，后者是因为当时人们无法了解其中的原 理而进行的臆测。事实上，山东蓬莱与辽宁 大连隔海相望，古人在蓬莱看到的似乎浮在 天上的景物，实际上就是大连的某些景象。 具体而言，海市蜃楼中出现的“物体”是地 球上真实的物体所成的虚像，人们看到其所 处的位置并非对应真实物体所在的实际位置。 如图 7 所示，在炎热的夏季，海平面上方的气 温较高而空气密度小，其折射率也小，而因 海水蒸发等原因，紧贴海面的空气温度较低 093 而密度较大，其折射率也大 8 。这就导致远处 的景物反射出来的光线射向空中时，在海
26、平 面附近不再是一条直线，而是不断被折射而 发生偏折后射入人眼，人们逆着光线看过去， 感觉物体在该光线切线方向（即虚线）上， 就会看到远方景物的虚像悬在空中，这就是 人们看到的“上现蜃景” 。 而艳阳天之时，人们在公路上骑车，发 现在远处伸展的路上出现了一汪水，开到近 处却发现路面很干燥，这就是海市蜃楼的下 蜃现象。如图8，当路面很热的时候，路面 附近的空气温度高、密度低、折射率小，其 上的空气相对较冷、密度高、折射率大。空 气层的折射率不一样，光通过时会发生折射， 光线从天空中到达地面附近后先向下弯曲进 入到路面上的炎热空气区域，之后向上弯曲 沿偏折的路径入射人眼 9。人们所看到的公 路上的
27、潮湿地方，实际上是沿着折射光线的 切线方向看到路面时形成的，它是天空中某 处景象的虚像。 图 8 海市蜃楼（下蜃） 1.9 颜色眼睛的视觉效果 唐代诗人崔护（772 846 年）曾写过一 首题都城南庄 ： 去年今日此门中，人面桃花相映红。人 面不知何处去，桃花依旧笑春风。 诗人在郊外春游时偶遇一位姿色艳丽、 风姿婉约的女子。一年后因思念之心日盛， 再去寻访，桃花依旧，但人面杳然。诗人无 限怅惘间，写下这首诗。“人面桃花相映红” ， 诗人记忆中那位姑娘的脸和桃花相映，光彩 照人，美丽非凡。桃花和人脸“相映红”的 原因，从人文的角度分析，也许是姑娘因爱 慕得不到回应感到羞涩、期待而脸红；也许 是因
28、为在诗人的眼中，姑娘的脸在桃花的映 衬下显得娇羞可人、令人陶醉。从物理学上 看，在“桃花红”的氛围中，人脸发射出的 红光为诗人所感知。当光线照射时，物体的 反射光进入人眼形成视觉效果，我们就说看 到了这个物体。光对不同物质的反射能力， 会导致人眼感觉到不同的颜色。同一种光线 照射下，因对色光具有不同的吸收与反射能 力，物体发射出来的光颜色不同，眼睛就会 看到不同的色彩。白花不含色素，细胞组织 会 将组 成白 光 的 赤、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫七种色光全部反射出来，人们看到的便是 白花。有些花的细胞液里含有色素，其主要 成分是类胡萝卜素或花青素。不同种类的类 胡萝卜素能使花显出黄色、
29、橙黄色、橙红色 等；而花青素在不同的酸碱反应中显示出不 同的颜色，它在酸性溶液中呈现红色，在碱 性溶液中呈现蓝色，在中性溶液中呈现紫色。 桃花中含有酸性的花青素，它吸收除红光外 的其他色光，而唯独把红光反射出来为人眼 所探知，人们看到的便是红花。桃花与人脸 “相映红”是因为当太阳光照射到桃花上时， 其他色光被吸收，只剩下红光反射出来又照 到离桃花不远的人脸上，构成了一幅相映成 趣的美景。 2物理学在理解古诗词中的作用 古诗词是传统文化世界里一座瑰丽的艺 术殿堂，它既是知识的宝库，又是思想的源 泉、故事的摇篮 10。从物理学的角度分析古 诗词，有助于进一步了解诗词的意境、体认 诗词的特点、领悟作
30、者的创作意图。这既有 助于诗词的推广，又契合文化创新的需要。 以 下分 析诗 词 名 句“ 日照 香 炉生 紫 烟 ”和 “春来江水绿如蓝”，例证现代物理学在理解 古诗词中的作用。 以古诗词为载体普及物理学 熊万杰 郭子政 陈 娟创作评析 tudies on Science Popularization S 094 2017 年第 06 期 总第071 期 2.1 日照香炉生紫烟 人们对李白（701 762 年）的望庐山 瀑布耳熟能详： 日照香炉生紫烟，遥看瀑布挂前川。飞 流直下三千尺，疑是银河落九天。 全诗对庐山瀑布的美丽景色做了深入刻 画，第一句中的“香炉”指香炉峰；“紫烟” 指日光透过云
31、雾，远望如紫色的烟云。但是， 从现代物理学的角度分析，这里的“烟”应 该为“雾”。根据此诗的意境，经过一晚上的 积累，香炉峰上云雾缭绕，湿度很大。日照 香炉，让香炉峰上产生了大量的水蒸气，水 蒸气升空过程中，遇到较冷的空气，凝结成 小水滴漂浮在空气中，形成“雾”。从科学意 义上讲， “烟”是指固体小颗粒，因此此诗描 绘的“烟”实则是“雾”。另外，早上香炉峰 的“雾”应该是白色，而不是紫色。当光线 通过不均匀介质向各个方向再发射时，出现 光的散射。玉宇澄清的时候，人们看到的天 空是蓝色的，这是因为频率高的可见光被大 气中的氮气和氧气散射得非常多，而且人的 眼睛对蓝光较为敏感。这种散射叫作瑞利散
32、射，散射微粒的尺度小于光的波长，散射光 的强度与入射光频率的四次方成正比。但是， 早上的香炉峰水蒸气含量比较大，周围的空 气处于高湿度状态，水蒸气分子的数量大于 氧分子、氮分子，它们凝结成雾滴后，其尺 度大于入射光的波长，散射光的强度与入射 光频率的依赖关系变得不再明显，这种散射 称为米氏散射。此时较低频率的光（比如红、 橙、黄光）也被强烈散射，也就是说各种颜 色的光都被散射，形成复合光，天空看起来 发白。因此，诗中的“紫烟”应为“白雾”。 那么诗中所言的“紫”，究竟是怎么回 事？要考证清楚这个问题，我们不妨先来搜 索包括“紫烟”一词的诗句： 外发龙鳞之丹彩，内含麝芬之紫烟。 晋 谢灵运拟行路
33、难 相期红粉色，飞向紫烟中。 隋 江总箫史曲 借问吹箫向紫烟，曾经学舞度芳年。 唐 卢照邻长安古意 列室窥丹洞，分楼瞰紫烟。 唐 王勃三月曲水宴得烟字 即 便 是 李 白 自 己， 在他 的 另 一 首作 品 古风中也写道： “金华牧羊儿，乃是紫烟 客。我愿从之游，未去发已白”。这就说明 “紫烟”一词在古诗词中是一个固定的词语， 指代祥瑞的云烟、仙境等。尽管庐山香炉峰 上的云雾是白色的，但在李白的眼里它就是 紫色的，香炉峰上缭绕的云雾被他想象成祥 瑞的征兆 11。有了这些分析，人们对李白的 浪漫主义写作方法及其“诗仙”的称谓会有 更深的认识。 2.2 春来江水绿如蓝 唐代诗人白居易（772 8
34、46 年）在忆 江南江南好中写道： 江南好，风景旧曾谙。日出江花红胜火， 春来江水绿如蓝。能不忆江南？ 本诗的第三、四句通过“红胜火”和“绿 如蓝”的异色相衬，让江南的江水获得了色彩 感，从而层次丰富而又灵动地展现了江南之 美，这两句诗的因此也成为了千古名句。从物 理学来看，“日出江花红胜火”说的是当日出 之时，江边的花被照得像火焰一样。初升的太 阳是红色的，这是因为当清晨的阳光斜射入厚 厚的大气层之时，空气中漂浮的微粒和水滴会 将波长较短光侧向散射出去，而波长较长的红 光散射较小，几乎直线出射大气层而被人眼观 察到。当红色光照射在江边的花上时，几乎所 有的红色光漫反射，造成了“日出江花红胜
35、火”的奇妙视觉体验。而“春来江水绿如蓝” 中的“蓝”一般被解释为是一种用来做青绿色 染料的植物蓝草，因此，这一句单从字面 095 上理解是说春水荡漾，碧波千里，江水比蓝草 还要绿。事实上，当阳光照射在无色透明江水 中时，江面上大量的水分子散射阳光中波长较 短、频率较高的可见光，结合人的视觉敏感程 度，最终绿色光和蓝色光进入观测者眼中，所 以无色透明的江水被岸上的人看起来产生了 “绿如蓝”的绚丽效果。因此，通过物理学分 析，这里的“如”应该是连词，相对于现代汉 语中的“和” “同”。儒家十三经之一的仪 礼乡饮酒中有一句： “公如大夫入，主人 降，宾介降，众宾皆降，复初位。”此句中的 “如”即是此
36、意。 3结论与启示 诗词用优美、精炼的文字描述自然现象 或人类的生活实践，在此基础上表情达意， 向世人展现着中华民族的伟大创造力和独特 的艺术追求。物理学与诗词的交流、碰撞往 往能够产生意想不到的效果，例如，经钱三 强先生倡导，我国当代物理学家们也曾以诗 词这种文学体裁来反映物理学在新中国的发 展进程以及他们的内心世界，令人读起来饶有 兴味。 12 本文展示了古诗词在物理学普及中的 作用以及物理学在理解古诗词中的作用，尽 管大部分古诗词中涉及的仅仅只是自然现象， 但是如果我们以此为载体，或者说将其作为 引子，合理运用这些古诗词，就可以增加物 理学普及素材的亲和度，毕竟科普活动不是 用刻板的知识
37、来教育受众，而是用深刻的体 验来感染人们。一些富有韵味和美感的古诗 词出现在物理学普及活动中，较为容易获得 人们的感知和认同。它们既能展现物理之理， 又能显示文化之妙，这能激发人们的兴趣而 提高对物理学普及活动的参与度，从而促进 人们科学素质、人文素养的提升。 此外，用现代物理学知识来理解、领会 一些诗句的内容，有助于发掘古诗词的丰富 内涵，领会诗词的意境，还原作者的写作背 景，从而激发人们对诗词的进一步关注与研 究，扩大诗词的传播面，增加古诗词的受众 群体。这对于诗词推广具有积极意义，甚至 会促进人们重新审视对一些古诗词约定俗成 的理解而开展文化创新。 总之，以现代物理知识解析古诗词中所描
38、述的自然景观和物理学现象，对于物理学的普 及以及诗词的推广都有积极意义。同时，既能 了解前人是如何看待自然及其内在的规律，又 能分析他们的视角可能存在的一些局限。 参考文献 1 吴文治 . 宋诗话全编M 南京：江苏古籍出版社，1998 ： 2326. 2 熊万杰 . 物理学与传统文化 M. 北京：科学出版社，2017. 3 戴念祖 . 诗词与物理同行J. 物理， 2014(10)： 693-697. 4 赵凯华，罗蔚茵新概念物理教程热学M. 北京：高等教育出版社，1998 ： 57. 5 赵凯华，罗蔚茵新概念物理教程力学( 第二版 ) M. 北京：高等教育出版社，2004 ： 351. 6 余
39、小英，李凡生彩虹形成的光学原理及散射角的推导J. 南宁师范高等专科学校学报，2007(4)： 138-140. 7 张文慧，张协成虹的几何光学原理J. 物理通报，2007(8): 5-8. 8 鲁永伍 . 海上奇观海市与海滋J. 中学物理教学参考，2015(2): 22-23. 9 Paul G Hewitt概念物理M. 舒小林，译 . 北京：机械工业出版社，2015 ： 438. 10 胡淼 . 唐诗的博物学解读 M. 上海：上海书店出版社，2016. 11 赵黎英 . “紫烟” ，紫烟乎 J. 黑龙江教育小学文选，2008(6)： 13-14. 12 冼鼎昌 . 粒子物理学家的诗情 J. 民主与科学，2004(8)： 31-33. （编辑 姚利芬） 以古诗词为载体普及物理学 熊万杰 郭子政 陈 娟创作评析