詩(shī)歌里的光學(xué)

陳征

“峰多巧障日，江遠(yuǎn)欲浮天”，為什么陽(yáng)光會(huì)被山峰擋??？“排云數(shù)峰出，漏日半江明”，為什么陽(yáng)光只有從云縫中穿出才能照亮江面？

估計(jì)《學(xué)與玩》的“資深”讀者都能說(shuō)出答案。在《古詩(shī)里的光與影》一文中，我們就一起了解到這幾句詩(shī)中描述的現(xiàn)象印證了光的直線傳播原理。其實(shí)，古詩(shī)中的光學(xué)問(wèn)題還有很多，反射、折射、色散……讓我們看看“詩(shī)歌里的光學(xué)”2.0版吧。

半畝方塘一鑒開(kāi) 反射定律中間在

“半畝方塘一鑒開(kāi)，天光云影共徘徊。問(wèn)渠那得清如許？為有源頭活水來(lái)?！贝蠹易x過(guò)這首詩(shī)嗎？這是宋代名家朱熹的《觀書(shū)有感》。“鑒”就是鏡子，“半畝方塘”的水面如明鏡一般，倒映出“天光云影”，而這水是清澈的“活水”，象征讀書(shū)要不斷汲取新知識(shí)，才能達(dá)到天空般廣闊的境界?？吹贸鰜?lái)，朱熹這是用自然美景來(lái)表達(dá)深刻哲理呢。

古詩(shī)里把水面比喻為鏡子的例子還有很多。比如唐代劉禹錫的《望洞庭》：“湖光秋月兩相和，潭面無(wú)風(fēng)鏡未磨。遙望洞庭山水色，白銀盤里一青螺?！边@首詩(shī)描寫了秋夜月光照在洞庭湖水面的景色，其中“潭面無(wú)風(fēng)鏡未磨”就是指湖面風(fēng)平浪靜如同未經(jīng)磨拭的銅鏡。

為什么這些古代詩(shī)人喜歡把倒映景色的水面比成鏡子呢？這是因?yàn)槿藗兛梢酝ㄟ^(guò)鏡子看到對(duì)稱鏡像，這與水面倒影十分相似。其實(shí)，這種現(xiàn)象可以用光的反射定律來(lái)解釋。陽(yáng)光照在物體上，一部分被反射到水面，水面又將光反射進(jìn)入我們的眼睛，因此我們能在水面上看到“天光云影”。

我國(guó)古代很早就開(kāi)始使用鏡子了。早在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，墨子就對(duì)鏡子的基本原理做了解釋，而與墨子年代相近的古希臘學(xué)者歐幾里得也在其著作中提出了反射定律。除了常見(jiàn)的平面鏡，漢代還出現(xiàn)了凹面鏡，古稱“陽(yáng)燧。那時(shí)的人通過(guò)凹面鏡的反射聚焦陽(yáng)光，點(diǎn)燃干草來(lái)取火。如今奧運(yùn)會(huì)取圣火依然沿用這一古老的方法。

朝辭白帝彩云間陽(yáng)光色散正當(dāng)前

大家肯定讀過(guò)詩(shī)仙李白的《早發(fā)白帝城》。“朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還”講的就是李白在清晨彩色朝霞之下告別白帝城返回江陵。那么，其中的“彩到底是什么顏色呢？再想想唐代另一位大詩(shī)人白居易的《憶江南》：“日出江花紅勝火，春來(lái)江水綠如藍(lán)，能不憶江南？”我們知道了，原來(lái)日出時(shí)的彩霞是紅色的。

其實(shí)，不僅是日出時(shí)，日落時(shí)我們也能看到天邊紅色的彩霞。為什么“紅勝火”的彩霞出現(xiàn)在早晚而中午卻沒(méi)有呢？這就要說(shuō)到光的散射。陽(yáng)光是由連續(xù)不斷的不同顏色的光組成的，當(dāng)陽(yáng)光抵達(dá)地球大氣層時(shí)，會(huì)與大氣層中的微小顆粒發(fā)生碰撞，四散開(kāi)來(lái)，我們把這種現(xiàn)象稱作“散射”。

大多數(shù)時(shí)候我們看到天空是藍(lán)色的，這正是因?yàn)榭諝夥肿雍苄?，?dāng)陽(yáng)光遇到的顆粒非常小時(shí)，它里面波長(zhǎng)較短的藍(lán)色光更容易被“彈開(kāi)”，這些藍(lán)色的光被彈到我們的

眼睛里，就令我們看到了藍(lán)色的天空。

不過(guò)，早晨和傍晚時(shí)，情況就有點(diǎn)不一樣了。這時(shí)太陽(yáng)光傾斜照射，在大氣中“走過(guò)的路”比較長(zhǎng)，各種顏色的光都開(kāi)始散射。隨著光不斷往前“跑”，藍(lán)色光更容易被散射掉，在光的行程中都被彈走了，只剩下紅＼橙＼黃這些波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光到達(dá)了我們的眼睛，因此我們看到了紅色的朝霞和晚霞。

潭清疑水淺折射舞蝶翩

“垂釣綠灣春，春深杏花亂。潭清疑水淺，荷動(dòng)知魚(yú)散。日暮待情人，維舟綠楊岸。”大家讀了這首詩(shī)，是不是感到一派春意盎然呢？這是唐代詩(shī)人儲(chǔ)光羲的《釣魚(yú)灣》，詩(shī)句體現(xiàn)了詩(shī)人對(duì)自然細(xì)致入微的觀察，尤其是“潭清疑水淺一句展示了一個(gè)非常常見(jiàn)的景象——看到潭里的水很清澈就以為水很淺，它所蘊(yùn)含的科學(xué)知識(shí)就是光的折射。

光的折射是指光在進(jìn)入不同介質(zhì)時(shí)發(fā)生的偏折現(xiàn)象。以“潭清疑水淺”一句的情景來(lái)說(shuō)，光從空氣進(jìn)入水中，由于光在空氣中和水中的傳播速度不同，光線就發(fā)生了偏折，實(shí)際的潭水比看到的更深。

光的折射在生活中也有非常多的應(yīng)用。前文提到陽(yáng)燧，其實(shí)古人不僅用凹面鏡反射取火，還利用凸透鏡的折射來(lái)取火。在我國(guó)古代文獻(xiàn)中，就有用透明的珠子，甚至用冰削成透鏡來(lái)取火的記錄。讓我們?yōu)楣湃说闹腔埸c(diǎn)個(gè)贊。

關(guān)于光的折射，古人還有一個(gè)有趣的發(fā)明——蝴蝶杯。它外觀上看只是普通的酒杯，倒入酒后卻能看到杯底有一只蝴蝶在飛舞。這里面暗藏的玄機(jī)就是酒和杯中的珠子形成了組合透鏡，通過(guò)折射，就能看到里面的蝴蝶，十分神奇！

方暉竟戶入小孔成像來(lái)

夏天，我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)陽(yáng)光透過(guò)樹(shù)葉照在地上形成圓形光斑。大家想過(guò)這是為什么嗎？其實(shí)，這種現(xiàn)象在光學(xué)里被稱為“小孔成像”。南北朝史學(xué)家＼文學(xué)家沈約在《應(yīng)王中丞思遠(yuǎn)詠月詩(shī)》中就描述了這種現(xiàn)象： “月華臨靜夜，夜靜滅氛埃。方暉竟戶入，圓影隙中來(lái)……”這本是一首通過(guò)月光表現(xiàn)才子佳人新婚之詩(shī)，而“方暉竟戶入，圓影隙中來(lái)”講的是月光穿過(guò)門簾的縫隙后帶來(lái)光亮。

沈約本人也許不了解其原理，卻形象地記載了小孔成像這一自然現(xiàn)象。不過(guò)，也有古人對(duì)此給出了解讀。根據(jù)《墨經(jīng)》記載，墨子在一個(gè)朝陽(yáng)的墻上開(kāi)了一個(gè)小孔，人站在屋外對(duì)著小孔，屋內(nèi)出現(xiàn)了人倒立的像。這正是由于光是沿直線傳播的，不同方向的光在小孔處會(huì)形成交叉，從而形成影子。而影子本身就是光直線傳播最好的反映——光照不到的地方才有影子。因此，沈約其實(shí)看到的是月亮的影子。

關(guān)于影子的詩(shī)詞就更多了。蘇軾《水調(diào)歌頭》中的名句“起舞弄清影，何似在人間”，可以說(shuō)是自然現(xiàn)象與作者內(nèi)心情感的完美合一，體現(xiàn)了濃濃的詩(shī)意之美，也反映了古人對(duì)影子這一自然現(xiàn)象的探究。盡管咱們今天早已把影子的成因當(dāng)作常識(shí)，但人類真正了解影子卻經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的歷史。

科學(xué)+藝術(shù)

小讀者們，你們知道大名鼎鼎的諾貝爾獎(jiǎng)?wù)卤趁媸鞘裁磮D案嗎？告訴大家吧.是象征科學(xué)的女神揭開(kāi)了自然女神的面紗。人類觀察大自然，希望了解大自然，科學(xué)從而誕生：人類通過(guò)大自然豐富了自身情感，詩(shī)歌便于成了最古老的藝術(shù)形式之一。著名物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者李政道先生也曾說(shuō)，“科學(xué)和藝術(shù)是一枚硬幣的兩面”。小讀者們，希望你們既愛(ài)文學(xué)藝術(shù)、也愛(ài)科學(xué)技術(shù)，科學(xué)與藝術(shù)正是大自然這枚硬幣的AB面。