周曉秋
古往今來很多人都有飛天夢想。唐朝詩人李商隱在《嫦娥》一詩中就記敘了中國家喻戶曉的古代傳說“嫦娥奔月”的故事。他寫道:“云母屏風燭影深,長河漸落曉星沉。嫦娥應悔偷靈藥,碧海青天夜夜心。”描寫了嫦娥誤服仙藥而飛向月球,在月宮備受孤獨煎熬的遭遇和心境。
然而神話傳說中的飛天之旅,在經(jīng)典物理中,除按力的作用和能量傳遞或轉(zhuǎn)換規(guī)律的航天途徑外,將無法完成飛天夢想??煽茖W家根據(jù)現(xiàn)代量子理論,暢想通過一種稱為生命掃描儀和打印機的設(shè)備,借助量子糾纏方法,眨眼間就可實現(xiàn)生命體跨越遙遠星際的航行。若能如此,后悔的嫦娥也可利用這種方法輕松重返地球。其實,中國古典詩詞中不僅寄寓了詩人的理想和抱負,也包含了詩人觀察自然的心得體會,其中更是隱藏著眾多的物理知識。
茫茫宇宙誰主張,經(jīng)典量子不相讓——詩文中流露的力學現(xiàn)象
綠水青山枉自多,
華佗無奈小蟲何!
千村薜荔人遺矢,
萬戶蕭疏鬼唱歌。
坐地日行八萬里,
巡天遙看一千河。
牛郎欲問瘟神事,
一樣悲歡逐逝波。
這是中華人民共和國開國領(lǐng)袖、詩人毛澤東所作的七言律詩《送瘟神》(上闋)。
該闕敘述了血吸蟲病兩千多年來肆虐中華大地,人民深受血吸蟲“瘟神”戕害卻又無助的悲慘情狀。詩人以東漢名醫(yī)華佗對血吸蟲病無計可施為例,既說明了此病的兇險,又點明了該病由來已久。繼而以“坐地日行八萬里,巡天遙看一千河”形容時光流逝。
何為“坐地日行八萬里”?
地表上幾乎所有物體(兩極點除外)每天都隨地球繞地軸以相同速度作勻速圓周運動。24小時一圈,地球平均半徑6371千米,則赤道附近的人每天所“走”路程就等于赤道周長:
C = 2πR ≈ 4萬千米 = 8萬里(里——中國市制長度單位)。
故有“坐地日行八萬里”之說。
原來詩人借地球快速自轉(zhuǎn)描寫時間飛逝,以及往昔只能仰望蒼穹、看斗轉(zhuǎn)星移來表示人們對血吸蟲病的無奈。
為何人與地球以1667千米/時的高速做勻速圓周運動,但人們卻毫無覺察?
這是因為物理學上判斷物體是否運動,主要通過觀察其與參照物間是否存在相對位置改變。而坐著或躺著的人們與山巒樹木等常選作的參照物間并無位置變化。因此人們就感覺不到自己和山川都在高速運動。
至此有人還會疑惑,甩動的流星錘,其圓周運動的速度遠不及人類隨地表自轉(zhuǎn)速度大,為何甩錘人一松手,流星錘就會被拋向遠方,而人類等地表上的物體卻不會被拋出地球呢?
甩流星錘做勻速圓周運動時,甩錘人手中拉著的繩子給流星錘一個始終指向手捏處的向心力,維系著流星錘不至于離開圓周運動的軌跡。只要甩錘人不松手,流星錘做勻速圓周運動的狀態(tài)就不會改變。
地表所有物體如同正在甩動的流星錘,而充當拉繩作用的是人們看不見的“萬有引力”。當然地球不會像甩錘人那樣,因累而“松開”吸引物體的“萬有引力”,因此地表所有做高速勻速圓周運動的物體,都無法逃脫指向地心的萬有引力束縛而離開地球。
很多詩歌中都能看到萬有引力的身影。不論是唐朝詩人劉禹錫在《雜曲歌辭·浪淘沙》詩中所述“八月濤聲吼地來,頭高數(shù)丈觸山回。須臾卻入海門去,卷起沙堆似雪堆”中震天撼地的錢塘江潮,還是同時代詩人張若虛在《春江花月夜》中形容的“春江潮水連海平,海上明月共潮生”的意境,這兩首詩中所述海潮的形成,都源于月球和太陽處于地球不同位置時對地球萬有引力作用的結(jié)果,因而引發(fā)地表海水有規(guī)律地潮漲潮落。潮水漲落中,人們還真切地感受到了潮汐能的存在和
力量。
再如清代文學家曹雪芹小說《紅樓夢》中《葬花吟》里的“花謝花飛花滿天,紅消香斷有誰憐?游絲軟系飄春榭,落絮輕沾撲繡簾”。鮮艷多彩的美麗花朵,當其芬芳散盡、華彩不存,走到生命盡頭時,在萬有引力導致的重力作用下,縷縷情絲再留不住殘余的“花軀”,便只能隨風飄零,最終朵朵落花歸泥土,殘軀沒香丘。
外在輝煌內(nèi)因掌,微觀世界歌聲朗——詩文中流露的熱學現(xiàn)象
墻角數(shù)枝梅,
凌寒獨自開。
遙知不是雪,
為有暗香來。
這是北宋詩人王安石所作五言絕句《梅花》。詩人以梅花苦寒中堅貞不屈、凌霜傲雪、獨放異彩的孤傲品格來隱喻詩人不懼仕途多舛,依然秉持為國為民的高尚情懷。
雪花飛舞的冬天,遠遠地如何識別雪花與梅花?詩人以“遙知不是雪,為有暗香來”,提出以誰能暗送芳香為標準進行區(qū)分,由此告誡人們識人斷事,不能被表象迷惑,要深入內(nèi)部看本質(zhì)。
那梅花“暗香”從何來?一是梅花花朵會分泌芳香物質(zhì),芳香物質(zhì)的分子時時都在空氣中做著無規(guī)則分子熱運動;二是攜帶梅花花粉細小的微粒,當其離開梅花花朵,進入其花枝周圍的空氣中,這些細小花粉也在空氣中做著無規(guī)則的布朗運動。
正是梅花芳香物質(zhì)的分子熱運動和梅花花粉飄散后的布朗運動,使芳香分子溢滿花枝周圍或更遠區(qū)域。從而使人在較遠的地方就能嗅到梅花的香氣,進而識別出附近綻放的梅花。
琴瑟鳴和音跌宕,殿宇宏闊回聲朗——詩文中流露的聲學現(xiàn)象
朝辭白帝彩云間,
千里江陵一日還。
兩岸猿聲啼不住,
輕舟已過萬重山。
這是中國詩仙李白的七言絕句《早發(fā)白帝城》。
該詩展現(xiàn)了詩人在流放途中獲皇帝赦免后,從白帝城返回江陵時的情景。詩人帶著歸心似箭的愉快心情,乘船從長江順流而下。沿途欣賞三峽兩岸的迤邐風光,耳畔不時聽見兩岸密林傳出長嘯的猿聲,以及經(jīng)峽谷陡崖反射的猿嘯回音,船只風馳電掣般駛過千山萬水。
該詩為讀者描繪了一幅空谷回音、余音裊裊的場景。那何為回音呢?
聲音是一種機械波。物體振動時便會由聲源向四周由近及遠地引起空氣分子振動,四下傳播而形成聲波。若聲波傳播路徑上遇到障礙物,就會發(fā)生反射,人們在一些區(qū)域便可聽到反射回來的聲音——回音。由于三峽兩岸陡峻的山崖,使聲源發(fā)出的聲音,能夠在陡崖之間多次反射,以至于在很遠的地方也能聽見。
慣于夸張的詩仙李白,敘述上游群猿的嘯聲與回音不絕于耳,一日之間便返回相隔千里之外的江陵。如此之快的船速在古代是無法實現(xiàn)的,但卻足見詩人獲赦后的心境是怎樣的輕松愉快,竟使得乘坐的船只也變成了一葉“輕舟”。
玉壺旋轉(zhuǎn)影相傍,萬紫千紅花怒放——詩文中流露的光學現(xiàn)象
江南好,風景舊曾諳。
日出江花紅勝火,
春來江水綠如藍。
能不憶江南?
這是唐代詩人白居易寫的詞《憶江南·江南好》。
詩人以江岸花兒在日出時火焰般的明亮鮮艷、春天時平靜碧綠的江水,為人們呈現(xiàn)了充滿勃勃生機的江南春之景色。
按說江岸植物的顏色應五彩繽紛,為何詩人所見日出時的花朵卻都紅如火焰呢?
眾所周知,陽光由七色光組成,當其早晚照射地球時,其光線以斜射角度進入大氣層,頻率不同的七色光通過大氣層時會發(fā)生不同程度的折射現(xiàn)象。
在折射現(xiàn)象中,頻率較高的綠、青、藍、紫光幾種色光偏折顯著并依次增強;而頻率較低的黃、橙、紅三種色光偏折相對較小且漸次減弱,能更多地穿過大氣層到達地面,使人們看到整個天空呈現(xiàn)出以紅光為主的朝霞或晚霞景象。
以紅為主的色光照射到物體表面,經(jīng)物體反射后到人眼里的也多為紅光,故而出現(xiàn)詩人所見兩岸花草身披朱衣,一派“紅勝火”的壯闊晨景。
至于碧綠的春江水,主要源于冬天枯水季節(jié),江湖水平緩,有利于綠藻生長。含有豐富綠藻的水體,將更多綠色的光線反射到人眼,使人們看到“綠得如同藍草”浸染過的春江水。