王樂(lè)鐺
(福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院 福建 福州 350117)
古詩(shī)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(shī)通常是詩(shī)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(lái)朗朗上口.古詩(shī)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(shī)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(shī)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(guò)斛斯山人宿置酒》為例,對(duì)其中存在的視覺(jué)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(lái)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(lè),陶然共忘機(jī).
詩(shī)中講述了一段月夜訪友的故事.暮色蒼茫之下,詩(shī)人循著月光與青山一路走來(lái),沿途經(jīng)過(guò)蒼翠橫斜的山路,見(jiàn)到友人后賓主相得、樂(lè)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(shī).
在這首詩(shī)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(jué)月亮跟著我們一起運(yùn)動(dòng).正因?yàn)檫@樣的視覺(jué)效果,即便是行走千里之遙仍不會(huì)感覺(jué)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(shī)意般地結(jié)合在了一起.其他詩(shī)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(wú)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(jué)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(guò)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(shuō)明相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的視覺(jué)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(guò)一個(gè)角度θ,物體離人越遠(yuǎn),θ就越?。划?dāng)物體無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí),θ趨于零.也就是說(shuō)在無(wú)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(jué)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(lái)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(wú)窮遠(yuǎn)處,且與我們保持相對(duì)靜止,所以,才會(huì)感覺(jué)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(jué)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(yáng)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(lái)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(wú)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(jué)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(wú)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(jué)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(guò)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(jué).
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(jué)效果,再如我們所熟知的太陽(yáng)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(yáng)為參照物,則飛行員所觀察到的太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jué)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(jué)有關(guān).善于挖掘古詩(shī)詞中的物理之美,是溝通文理的重要橋梁之一.