詩詞中的科學

中國是一個詩詞王國，從古至今，詩人才子輩出，佳句流傳千古。我們從小學詩、讀詞、吟詩，身邊也有不少“小詩人”吧。

詩詞看似與科學沒有任何關聯(lián)，前者是感性文人騷客的淺吟低唱，后者是理性學者的研究，但事實上二者有著千絲萬縷的聯(lián)系，詩詞中隱藏著很多科學知識呢，我們讀詩詞也能讀出科學來。

坐地日行八萬里

“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袖、詩人毛澤東所作的七言律詩《送瘟神》（上闋）。該闋描寫了血吸蟲病兩千多年來肆虐中華大地，人們深受血吸蟲“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之事說明血吸蟲病兇險且由來已久，繼而以“坐地日行八萬里，巡天遙看一千河”形容時光流逝。

“坐地日行八萬里”不是夸張的說法，而是有科學依據(jù)的。

地球上幾乎所有的物體（兩極點上的物體除外）每天都隨地球繞地軸以相同速度作圓周運動，24小時一圈。地球平均半徑為6371千米，赤道上的人每天所“走”的路程就等于赤道周長，赤道周長約為4萬千米，即8萬里，里是中國市制長度單位，所以“坐地日行八萬里”的說法是可信的。詩人借地球快速自轉描寫時光飛逝，寫往昔只能仰望蒼穹、看斗轉星移來表示人們對血吸蟲病的無奈。

為什么人隨地球以地球自轉的速度——1667千米/小時做勻速圓周運動卻毫無察覺呢？

這是因為判斷一個物體是否運動，要看它相對于參照物的位置是否改變。以山巒樹木等作為參照物，坐著或躺著的人的位置沒有變化，所以感覺不到自己和山巒樹木都在高速運動。

春眠不覺曉

“春眠不覺曉，處處聞啼鳥。

夜來風雨聲，花落知多少?！?/p>

這首《春曉》是唐朝詩人孟浩然隱居鹿門山時所作，意境優(yōu)美。詩人以清新活潑的語言描寫春天的秀麗景色，抒發(fā)內(nèi)心愛春惜春的情感，墨淡而意濃，景美而情切，給人留下鳥啼無意而落花有情的不盡韻味。

春暖花開，生機勃勃，人們怎么會有“春眠不覺曉”的感覺呢？

“春眠不覺曉”是人們的一種生理感受，通常這種感受叫作春困。冬天氣溫低，人體皮膚里的毛細血管受到寒冷刺激而收縮，使得血流量減少，而內(nèi)臟器官的血流量增加，供給大腦的血液量也相對增加，大腦細胞供氧充足，所以人們在冬天感到精神煥發(fā)，神清氣爽。

到了春天，氣溫回升，天氣變暖，人體生理機能也隨之發(fā)生變化，皮膚里的毛細血管和毛孔日漸擴張，皮膚內(nèi)的血液循環(huán)加快，血流量比冬季明顯增多，而供給大腦的血液和氧氣相對減少，造成腦神經(jīng)細胞興奮度降低，人的注意力難以集中，因此顯得反應遲鈍，易感疲勞。

此外，春天太陽直射點逐步北移，白晝變長，黑夜縮短，所以人們常常感到困乏。

海上明月共潮生

“春江潮水連海平，海上明月共潮生。

滟滟隨波千萬里，何處春江無月明！”

這是唐朝詩人張若虛寫的長詩《春江花月夜》中的四句，兩現(xiàn)春江，兩現(xiàn)明月，兩現(xiàn)潮，兩現(xiàn)海，交錯疊現(xiàn)的景觀將人帶入一個神奇美妙的境界?！按航彼B海平，海上明月共潮生”，江潮浩瀚，氣勢宏偉，明月隨潮共生，景象壯觀。這兩句詩在藝術上是千古絕唱，在科學上說明了海潮與月亮之間存在密切的關系。

海水有規(guī)律地漲落，白天的漲落稱為“潮”，夜間的漲落稱為“汐”，合起來叫做“潮汐”。潮汐現(xiàn)象具體是如何形成的呢？

潮汐是在月球、太陽等天體引力作用下產(chǎn)生的。根據(jù)萬有引力定律，地球和月球之間有吸引力，它們不停運轉，又會產(chǎn)生與引力方向相反的離心力，兩個力的大小相等，因此處于平衡狀態(tài)。但地球表面每個質點受到月球的引力大小不一樣，有的質點受到的引力大于離心力，有的質點受到的引力小于離心力，引力與離心力組成的合力就是引起潮汐的引潮力。

地球表面各地距離月球的距離不一樣，所以各處海水受到的引潮力也有差異，一般正對著月球的地方受到的引潮力大，而背對著月球的海水受到的引潮力小。地球和月球不斷運動，它們之間的距離時遠時近，各地海水受到的引潮力因此不斷變化，海水時漲時落。

潮汐是非常守時的，幾乎和時鐘一樣準，周期為24小時48分鐘。一晝夜大部分海水有一次面向月球，一次背對月球，所以有兩次漲落。

潮汐主要是由月球引起的，小部分功勞是太陽的。在滿月和新月時，太陽、地球、月球處于同一條線上，這時地球受到的太陽引力和月球引力正好處于兩個相反的方向或同一方向，潮汐為高潮；在上弦月或下弦月時，月球的引力對抗太陽的引力，潮汐為低潮。在一個潮汐周期內(nèi)，太陽、月球、地球三者的相對位置不一樣，對潮水產(chǎn)生的影響也不一樣。

潮汐變化直接影響著人們的生活，遠洋航海、海上捕魚、海洋工程及沿岸各類生產(chǎn)活動都受潮汐影響。為了掌握潮汐的規(guī)律，科學家們對潮汐的研究從未停止過。潮汐中蘊藏著巨大的能量，潮汐發(fā)電就是靠潮汐的落差來實現(xiàn)的。

為有暗香來

“墻角數(shù)枝梅，凌寒獨自開。

遙知不是雪，為有暗香來?！?/p>

這是北宋詩人王安石所作的五言絕句《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自己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，人們站在遠處如何辨別雪花與梅花呢？梅花會散發(fā)出“暗香”。

那“暗香”是如何產(chǎn)生的？梅花花朵會分泌芳香物質，芳香物質的分子時時在空氣中做無規(guī)則運動。細小的梅花花粉微粒離開梅花花朵進入花枝周圍的空氣中后，也在空氣中做無規(guī)則運動。正是梅花芳香物質的分子運動和梅花花粉離開梅花花朵后的運動，使芳香分子在花枝周圍飄浮或飄散到遠處，從而使人在較遠的地方也能嗅到梅花的香氣，進而識別出附近綻放的梅花。

日出江花紅勝火，春來江水綠如藍

“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》。詩人描寫在日出時顏色紅似火的江岸花兒和平靜碧綠的江水，為人們呈現(xiàn)了充滿勃勃生機的江南春景。“日出江花紅勝火，春來江水綠如藍”是一句經(jīng)典名句，不僅描寫了絢麗的湖光、花色，意境優(yōu)美，其中還包含了科學原理。

眾所周知，陽光由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫這七種顏色的光組成，當其早晚照射地球時，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。頻率較高的綠、青、藍、紫光這四種色光偏折顯著且角度依次增大，而頻率較低的黃、橙、紅三種色光偏折角度相對較小且依次減弱，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)以紅色為主的朝霞或晚霞景象。

日出時，以紅色為主的色光照射物體表面，經(jīng)反射后到人眼里也多為紅光，故而出現(xiàn)詩人所見的江岸花兒身披朱衣一派“紅勝火”的壯闊晨景。

至于春江水呈現(xiàn)綠色，主要是因為冬天枯水季節(jié)，江水流動平緩，有利于綠藻生長，春天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被藍草浸染過的春江水。

霜葉紅于二月花

“遠上寒山石徑斜，白云深處有人家。

停車坐愛楓林晚，霜葉紅于二月花。”

這是唐朝詩人杜牧所作的七言絕句《山行》，詩中山路、人家、白云、紅葉構成一幅動人的山林秋色圖。一條石頭小路蜿蜒曲折地伸向充滿秋意的山巒，在白云飄浮的地方有幾戶人家。停下車來欣賞這深秋楓林晚景，那火紅的楓葉比二月的花還要紅。

霜葉紅于二月花，這種自然現(xiàn)象是有科學依據(jù)的。

在自然界中，絕大多數(shù)植物的葉子是綠色的，這是因為綠色植物的葉肉里有大量的綠色小顆粒，生物學上這種顆粒被稱為葉綠體。葉綠體內(nèi)含有葉綠素、葉黃素、胡蘿卜素等色素，通常葉綠素的含量占絕對優(yōu)勢。色素對陽光中的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫這七種光線的吸收是有選擇的，其中葉綠素吸收紅光和藍光較多，而不吸收綠光，還要把它反射出來，因此，我們看到的植物葉子大多是綠色的。

當秋天來臨，氣溫降低，受低溫影響，新的葉綠素很難形成，原有的葉綠素逐漸被破壞，而葉黃素卻很穩(wěn)定。綠色減退，黃色便呈現(xiàn)出來，最后大部分植物的“綠衣裳”都換成了“黃色秋裝”。

楓樹、烏桕樹等樹種的葉子會變成紅色，那是它們體內(nèi)糖分增多導致的結果。冬天到來前，這些植物為了御寒，將體內(nèi)一些復雜的有機物轉化為糖分。細胞液里的糖分增多后，細胞間隙里的溶液就不易結冰，植物的抗寒能力因此增強。糖分增多，植物葉子里的花青素很容易形成，而花青素使植物葉子呈現(xiàn)紅色。

秋天，楓葉中的花青素增多，綠色楓葉逐漸變紅，于是出現(xiàn)了“霜葉紅于二月花”的美麗景色。

人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開

“人間四月芳菲盡，

山寺桃花始盛開。

長恨春歸無覓處，

不知轉入此中來。”

白居易為了訪古尋春于元和十二年游廬山大林寺，喜見桃樹繁花似錦，像一片片紅霞，山風送來沁人肺腑的清香，不飲自醉，遂寫下這首《大林寺桃花》。

3月上旬，廬山腳下的桃花盛開，而山上大林寺的桃花4月才開，大約晚了1個月。大林寺的桃花比山下的桃花開得遲，是氣溫垂直差異導致的。

在山地地區(qū)，氣溫隨海拔升高而降低，一般來說，海拔每升高100米，氣溫就降低0.6℃。當山地垂直起伏幾千米，氣溫的垂直差異就更明顯。加上植物對氣溫的適應能力不一樣，生長在不同高度地段的植物景觀必然會出現(xiàn)差異。

大林寺位于現(xiàn)在的廬山“花徑景區(qū)”，比山下平原大約高出1100米，氣溫較山下的九江市低6℃～7℃。廬山地處長江與鄱陽湖之間，江湖水汽郁結，云霧彌漫，日照不足，更使山上氣溫低，春天當然來得遲了。山上桃樹開花時間推遲，所以有了“人間四月芳菲盡、山寺桃花始盛開”的景象。