王樂鐺

(福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院 福建 福州 350117)

古詩詞是中國(guó)古老的文學(xué)體裁之一，它高度凝練了當(dāng)時(shí)的社會(huì)生活.一首詩通常是詩人思想情感的集中體現(xiàn)，其鮮明的節(jié)奏與優(yōu)美的形式使人讀來朗朗上口.古詩詞是我國(guó)傳統(tǒng)文化的瑰寶之一，在教學(xué)中(尤其是文科教學(xué))具有較高地位.然而留心發(fā)現(xiàn)，其實(shí)古詩詞中也蘊(yùn)含著豐富而有趣的物理現(xiàn)象，但其大多是對(duì)自然現(xiàn)象的簡(jiǎn)單描述.傳統(tǒng)文化中的科學(xué)以現(xiàn)代物理去“思辨”，是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)文化與物理教學(xué)相鏈接的有效方式[1].《完善中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育指導(dǎo)綱要》一文中指出：地理、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物等課程，應(yīng)結(jié)合教學(xué)環(huán)節(jié)滲透中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化相關(guān)內(nèi)容[2].因此，古詩詞作為優(yōu)良的文化載體，其與物理學(xué)的有機(jī)融合，不僅是感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)相互滲透的良好方式，也能有效豐富教學(xué)內(nèi)容.

下面筆者就以李白的《下終南山過斛斯山人宿置酒》為例，對(duì)其中存在的視覺現(xiàn)象進(jìn)行探討，原文如下：

暮從碧山下，山月隨人歸.卻顧所來徑，蒼蒼橫翠微.相攜及田家，童稚開荊扉.綠竹入幽徑，青蘿拂行衣.歡言得所憩，美酒聊共揮.長(zhǎng)歌吟松風(fēng)，曲盡河星稀.我醉君復(fù)樂，陶然共忘機(jī).

詩中講述了一段月夜訪友的故事.暮色蒼茫之下，詩人循著月光與青山一路走來，沿途經(jīng)過蒼翠橫斜的山路，見到友人后賓主相得、樂飲酣歌，直到星光稀微.這是一首寫景、敘事與抒情融為一體的優(yōu)美田園詩.

在這首詩中，“山月隨人歸”的現(xiàn)象也許不陌生，尤其在月明星稀的夜晚，當(dāng)我們行走在路上，會(huì)感覺月亮跟著我們一起運(yùn)動(dòng).正因?yàn)檫@樣的視覺效果，即便是行走千里之遙仍不會(huì)感覺到月亮有所變化，古人常借此抒發(fā)思鄉(xiāng)之情，因此月與鄉(xiāng)愁便詩意般地結(jié)合在了一起.其他詩人也對(duì)該現(xiàn)象作出了類似的描述，如：

“渚云低暗度，關(guān)月冷相隨.”——崔涂《孤雁》

“回看天際下中流，巖上無心云相逐.”——柳宗元《漁翁》

“美人邁兮音塵絕，隔千里兮共明月.”——謝莊《月賦》

“但愿人長(zhǎng)久，千里共嬋娟.”——蘇軾《水調(diào)歌頭》

“海上生明月，天涯共此時(shí).”——張九齡《望月懷遠(yuǎn)》

然而實(shí)際上，運(yùn)動(dòng)與靜止都是相對(duì)而言的，只有當(dāng)我們選定一個(gè)參照物時(shí)，建立在該參照物之上的運(yùn)動(dòng)才有研究意義.我們?cè)谌庋塾^察月球時(shí)通常是以自身為參照物的，那么相對(duì)于我們自身，月球應(yīng)該是運(yùn)動(dòng)的才對(duì).究竟是什么原因造成了“山月隨人歸”的視覺效果呢？

不妨想象一下自己坐在一輛加速向前的公交車上，通過觀察窗外的景物，可以看到眼前的路面、路邊的行道樹、稍遠(yuǎn)一些的樓房等物體正在向后運(yùn)動(dòng)著，并且越是離自己近的物體其向后運(yùn)動(dòng)的速度就越快.這說明相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的視覺效果是和距離有一定關(guān)系的.如圖1所示，假設(shè)兩個(gè)物點(diǎn)都處于人行走的位移的中垂線上，當(dāng)人走了一段距離后，物點(diǎn)與人眼所連線段相應(yīng)地掃過一個(gè)角度θ，物體離人越遠(yuǎn)，θ就越??；當(dāng)物體無窮遠(yuǎn)時(shí)，θ趨于零.也就是說在無窮遠(yuǎn)處幾乎可以認(rèn)為物體與自身是保持相對(duì)靜止的[3].當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中的情況是復(fù)雜多變的，可能存在物體與人同時(shí)運(yùn)動(dòng)的情況，或人的位移方向的變化等，在這里為研究方便對(duì)圖示做了簡(jiǎn)化，暫且只考慮理想狀況.

圖1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的視覺效果與距離的關(guān)系簡(jiǎn)化圖

我們知道，月球是繞地球公轉(zhuǎn)的.月球公轉(zhuǎn)速度約為1.023×103m/s，如果將地球等效成球體來看，其各緯度的自轉(zhuǎn)角速度均等于赤道上的角速度.假如某個(gè)人位于赤道處，赤道的線速度約為465 m/s，而月地相距約3.8×108m，在較短的時(shí)間和行走距離內(nèi)，可以近似認(rèn)為月球在我們無窮遠(yuǎn)處，且與我們保持相對(duì)靜止，所以,才會(huì)感覺它隨著我們一起運(yùn)動(dòng)[4].

以上是從距離的大小分析該視覺的成因.除此之外，參照物也會(huì)影響觀測(cè)效果.由上文可知：研究相對(duì)運(yùn)動(dòng)需要先確定參照物.尤其是在月明星稀的夜晚，當(dāng)失去了周圍的景物作為參照時(shí)，我們很難分辨月亮是否相對(duì)于自己發(fā)生了運(yùn)動(dòng).如果換做參照物較為明顯的白天，情況則不一樣.月球的公轉(zhuǎn)速度比地球自轉(zhuǎn)速度大得多，在時(shí)間間隔較長(zhǎng)的條件下，細(xì)心觀察其實(shí)還是可以感受到位置的變化的，就好像太陽的東升西落一樣.

值得一提的是，在天文觀測(cè)中，因北極星相對(duì)地球的位置幾乎是固定不動(dòng)的，所以人們常用它來辨別方向或研究星體的運(yùn)轉(zhuǎn).北極星的位置之所以如此“穩(wěn)定”并非距離遠(yuǎn)的緣故，而是由于北極星剛好位于地球的轉(zhuǎn)軸上.假想一下我們正坐在旋轉(zhuǎn)木馬上，觀察旋轉(zhuǎn)木馬轉(zhuǎn)軸上的任意一點(diǎn)，無論木馬轉(zhuǎn)到哪一個(gè)位置，我們的目光總是偏離相同的角度.在有合適的參照物的前提下，我們自然是感覺得到自身與轉(zhuǎn)軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，事實(shí)上我們每天都坐在地球這一個(gè)“大型旋轉(zhuǎn)木馬”中，因缺乏參照物，地球的自轉(zhuǎn)我們無法感知，所以北極星在我們眼里基本上是靜止不動(dòng)的.

由于參照物的不同所產(chǎn)生的不同視覺效果是非常有趣的現(xiàn)象，比如大多數(shù)人坐火車時(shí)可能有過這么一個(gè)經(jīng)歷：當(dāng)一輛火車以相同的速度與己方火車并排而行時(shí)，如果對(duì)方突然加速前行，在只以對(duì)方為參照物的前提下，即便是知道自己也在向前運(yùn)動(dòng)，我們?nèi)匀粫?huì)有后退的感覺.

參照物以及自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都不同，也會(huì)產(chǎn)生“悖于常理”的視覺效果，再如我們所熟知的太陽東升西落的現(xiàn)象，這是我們相對(duì)于地球靜止且以地球?yàn)閰⒄瘴飼r(shí)的觀測(cè)結(jié)果.假設(shè)一個(gè)飛機(jī)在赤道附近以與地球自轉(zhuǎn)相同的速度自東向西飛行，如圖2(不計(jì)公轉(zhuǎn)的影響)，以太陽為參照物，則飛行員所觀察到的太陽是靜止不動(dòng)的；但如果飛機(jī)以大于地球自轉(zhuǎn)的速度仍然自東向西飛行，以自身為參照物，則飛行員觀察到的太陽則是“西升東落”的.

圖2 飛機(jī)在赤道附近飛行時(shí)速度與太陽位置關(guān)系分析

結(jié)合以上分析，“山月隨人歸”這一看似平常的視覺現(xiàn)象[5]，其實(shí)有多種客觀成因，有時(shí)還與人的主觀感覺有關(guān).善于挖掘古詩詞中的物理之美，是溝通文理的重要橋梁之一.