古代诗词赋中的物理学阐释*

曹玉红 江西省景德镇市昌江一中分校 333400

吴 青 江西省景德镇市教研所 333400

应发宝 江西省景德镇市昌江一中 333400

摘要：千年之前的诗人在写诗时涉及到许多物理知识，诗句中所概括的科学事实不断为后来的科学发展所证实。如今，当我们仔细品位这优美的诗句时，怎能不为这诗句的语言美和科学性的完整结合而叹服呢？对古诗词赋中丰沛的物理知识，进行收集和整理，检索和评析，开发利用到教学中去，有着重要的现实意义。

关键词：古代文学 诗词 辞赋 物理知识

文学与自然科学并非毫不相干，古代文学中就含有不少物理学及其他自然科学方面的知识。比如，谈到如何学习物理？早在杜甫（712——770）就已经告诉了我们学习方法。有诗——《曲江二首》之一为证：

“一片花飞减却春，风飘万点正愁人。且看欲尽花经眼，莫厌伤多酒入唇。

江上小堂巢翡翠，花边高冢卧麒麟。 细推物理须行乐，何须浮名伴此身。”注①

“细推物理须行乐，何须浮名伴此身。”“物理”，宇宙万物的道理。仔细推敲宇宙万物的道理，应当及时行乐，何必让那虚浮的声名绊住此身，而不得自由呢？杜甫这两句话，现在应用仍很正确。 “细”就是要仔细观察，“推“就是要推理，所以这两个字，一个是实验，一个是理论，每一个字的份量都很重，杜甫是诗人，怎么对“物理”有如此深刻的理解呢？杜甫当时还是工部侍郎，实际上相当于现在的计委副主任，大家称他杜工部。可见在中国古代文化中，科学与文学艺术是密切相关的。虽然今天的“物理”科学意义已不同了，但学习物理、体会自然的意境犹同。

从表面上看，诗、词、赋与物理学就像天上云和地上水，风马牛不相及。然而二者又是和谐相通的，因为他们都是共同植根于人类创造力的土壤。（具体如下表）

另外，诗、词、赋和物理学上的公式、定律、原理都是从千差万别、千变万化、令人眼花缭乱的大千世界中凝炼出来的。体现了高度的智慧性和美的简洁性。

科学史家萨顿曾分别将对应于“真”、“善”、“美”的关系形象地比喻为一个金字塔的三个面：“当人们站在塔的不同侧面的底部时，他们之间相距很远；但当人们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了。”当物理学家站在科学的领地，用哲学家的头脑去思索人和自然的本质问题时，他的一只脚也已经不由自主地踏上了艺术的领地；反过来，当诗人和词、赋的作者从纷繁复杂的社会和自然景观中以诗律的形式，通过有节奏、韵律的语言来反映生活、抒发情感时，他的一只脚也已经情不自禁地踏上了科学的领地。在我国的诗、词、赋中，描绘了多彩的物理现象，蕴含着丰富的物理学思想。甚至窥见到了新的物理发展图景及其科技成果。下面我们就从物理的角度去“说文解字”，别有一番情趣。

1． 动力学

唐代诗人韦应物（737——约792）的山水诗七绝名篇《滁州西涧》：

“独怜幽草涧边生，上有黄鹂深树鸣。 春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横。”

后一句的意思是郊野渡口拴着的一条无人驾驶的小船，在晚潮加之春雨形成的小河湍急的流动中，横在河里，随波荡漾。这里形象又真实地描绘了在河中荡漾的小船，因要处于一个稳定的平衡位置，它总要横在河中。

二百年后，担任过宋代宰相的寇准(961一1023)也作了一首五言律诗《春日登楼怀归》：

高楼聊引望，杳杳一川平．野水无人渡，孤舟尽日横．

荒村生断霭，古寺语流莺．旧业遥清谓，沉思忽自惊．

清人何文焕曾评论“野水无人渡，孤舟尽日横”此联，说寇准登楼看见相仿景色时，很自然地受到《滁州西涧》诗的触发，便随手点化了韦句，而意境却比韦诗来得更加丰厚．

为什么在河中荡漾的船总是要横在河里呢？这里有一个流体力学问题、一般物体在静力作用下的平衡问题。直到19世纪末、20世纪初利用复变函数才知船底椭圆长轴与来流垂直时为稳定的平衡位置。所以唐代诗人韦应物对船体稳定性现象的观察，比起西方精确描述的出现要早一千一百多年。

牛顿“苹果落地”的故事广泛流传。姑且不必在乎这个故事的真伪，但是，苹果落地的确可以引发一个常人的思考，但从“苹果”推广到月球，认为苹果落地和月亮的阴晴圆缺遵循同一个科学定则则是前无古人的大师所为。不论是在牛顿之前，还是牛顿之后；是东方还是西方文学和艺术家从不掩饰对月亮的热爱。我国北宋大词人辛弃疾（1140——1207）曾有一首别具一格的吟月名词：

“可怜今夕月，向何处、去悠悠？是别有人间，那边才见，光影东头？

是天外，空汗漫，但长风浩浩送中秋？飞镜无根谁系？嫦娥不嫁谁留？

谓经海底问无由，恍惚使人愁。怕万里长鲸，纵横触破，玉殿琼楼。

虾蟆故堪浴水，问云何玉兔解沉浮？若道都齐无恙，云何渐渐如钩？”

笔者在此只想借用王国维先生在《人间词话》中对该词的点评：“词人想像，直悟月轮绕地之理，与科学家密合，可谓神悟！”400年以后的牛顿告诉你：飞镜无根“引力”系，嫦娥不嫁“速度”留。700年以后的爱因斯坦告诉你：飞镜“本”无根，嫦娥“空”自留。

2、光学现象

唐代“诗仙”李白的《望庐山瀑布》：

日照香炉生紫烟。遥看瀑布挂前川。飞流直下三千尺，疑是银河落九天。

瑞利散射定律指出散射光的强度与入射光波长的四次方成反比。七色阳光中的紫色光波长最短。因此，当日光穿过大气层照射到庐山香炉峰上时，紫光最容易被空气散射，而庐山地区植被丰富，空气洁净，散射的效果更好，放眼望去，香炉峰上仿佛紫气成烟，一片片紫色的烟雾缭绕着山峰。李白虽不能用现代物理知识解释，但他的观察和描绘是很准确的。

唐代诗人王之焕（688-742）的《登鹳雀楼》：

“白日依山尽，黄河人海流。欲穷千里目，更上一层楼。”

诗人登上鹳雀楼，眺望远山，悟出了 “登高才能望远”的深刻道理。

一般人认为，站得高看得远是因为站得高可以躲过障碍物的遮挡。其实这样的理解是不完全正确的，在广袤无垠的平坦大地上，即使没有障碍物，人的视野也会被限定在一定范围内，这是因为地球是一个球体。人们在海边看远处开来的帆船，首先看到的是船的桅杆，然后才熊看到船体就是这个道理。“孤帆远影碧空尽，唯见长江天际流”也是这个现象的真实写照。人站得越高，视线与地球的切点就越远，看得也就越远。

3．声现象

唐代诗人虞世南（558一638）的五绝名篇《蝉》：

垂绥饮清露，流响出疏桐．居高声自远，非是藉秋风。

“居高声自远，非是藉秋风。”意思是说蝉声之所以能致远，并非是借助秋风之力，而是因为它站在高高的树枝上。在这形象而真实的描绘里蕴涵着诸多的声学原理。

首先， “居高”能“声自远”。根据声波的物理性质，当它在传播过程中遇到尺度比它的波长大得多的障碍物时很容易被反射；当遇到线度小于其波长的障碍物时，就会朝各个方向散射；当遇到一些松软多孔的物质时，声能就很容易被这些物质表面的气孔所吸收。由于近地的障碍物（建筑物，灌木丛，草皮，土壤等等）较多，因此，声波近地传播就很容易被反射、散射和吸收。而蝉是“居高”而鸣，高处空旷，障碍物少，蝉声在传播过程中被反射、散射和吸收得很少，自然也就能传得很远了。

其次，声音的传播与 “秋风”的作用。声波在介质中传播的速度大小和介质所处的状态（温度，密度等）有关。与风同向的声速等于风速加上静止空气中的声速。由于高处风的速度大，近地的风因受地面许多障碍物的阻碍，风速要小。所以，声波在高处传播的速度比在低处传播的速度也要大些，不同时刻声波的波面在高处的间距要比在低处的间距大些。结果，声音的传播方向便向下弯曲发生声音的折射现象。因此，风的存在在蝉声传播的过程中只是起了改变声音传播方向的作用<由于声速（一般为340m/s）比风速（一般小于10m/s）要大得多，所以，风在改变传播速度方面的作用是很小的>，对声音传播的远近并没有多大的影响。

4．热学现象

唐代大诗人白居易的《大林寺桃花》：

“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。长恨春归无觅处，不知转人此中来。”

桃花在阳春三月（指农历，下同）开放，四月桃花早已谢尽。为什么庐山香炉峰峰顶的大林寺的桃花在四月才刚刚盛开呢？今天我们不难从科学的角度予以解释。

由热力学第一定律知，高空的气温要比地面低。这是因为地面附近的空气受到太阳的热辐射，受热膨胀成为暖空气而要上升。越往上，气压越低，就越膨胀。对外做功，自身内能变小，所以温度便会下降。这样，由于空气不断变冷，山上就变成了“寒宫”。干燥的空气每上升l00m,温度会下降1℃。而如果空气潮湿，由于温度下降液化时就会散发热量，使空气变暖，这时每上升l00m,温度只会下降0. 6-0. 71℃。庐山的相关气象资料如下表：

由表可看出，春季（公历4月，农历三月）庐山上要比山下的九江气温平均低5℃ ,夏季山上要比山下气温低6．6℃左右。5-7℃的温差在气候上要相差1个多月。即庐山山顶农历四月的气候相当于山下九江市的农历三月初的气候。难怪山下桃花“四月芳菲尽”。而庐山顶上大林寺“桃花始盛开”了。

5．宇宙与人文

屈原的名作《天问》部分段落的白话版：

这浩茫的宇宙有没有一个开头？那时浑浑沌沌，天地未分，可凭什么来研究？

官隆的天盖高达九层，多么雄伟壮丽！太阳和月亮高悬不坠，何以能照耀千秋？

大地为什么倾陷东南？共工（神名）为什么怒触不周（山名）？

江河滚滚东去，大海却老喝不够？哪里能冬暖夏凉？何处长灵芝长寿？

是非颠倒，龙蛇混杂，谁主张君权神授？

啊！我日夜追求真理的阳光，渔夫却笑我何不随波逐流！

画家高更在19世纪用视觉语言发问：“我们从何处来？我们是什么？我们往何处去？”

现代科学家霍金在《时间简史》的开篇处就问到我们对宇宙了解多少？我们又是怎样才知道的？宇宙从何而来，又将向何处去？宇宙有开端吗？如果有的话在这开端之前发生了什么？时空的本质是什么？宇宙会有终结吗？等等。

屈原、高更与霍金分属不同的时代，不同的民族，从事不同的职业，但他们的宇宙意识是相通的：他们的科学与艺术之魂跨越民族，超越时空，连接末来。

屈原不仅在《天问》中提出问题，而且解决问题。他写道：

“九天之际，安放安属？隅隅多有，谁知其数？

东西南北，其修孰多？南北顺椭，其衍几何？”

自问自答。在前四句中，屈原用诗的语言，考虑到对称性论证了天地都是圆的。因为假如地是平的，那么天和地的交界一定充满了边和角。这些边和角是属于天还是属于地呢？所以地是平的结论不合理。于是只有这样重要的结论：天像蛋壳，地像蛋黄，两者都可转。所以中国从古代开始，天体的运行轨道就有黄道、赤道两个道。屈原接着推测，地的形状可能偏离完美的球形，可能是椭球形。在后四句中，屈原问：赤道圆周比通过南北两极的圆周，哪个更长？南北顺椭圆的长度到底多长？但是屈原不可能回答这个问题，因为那时还没有科学，更没有科学测量。但这应是人类最早成功运用对称性来解释宇宙的例子。

6、赋中的物理

秦汉时期，贾谊的《鹏鸟图》中有一段精彩的描述：“万物变化兮，固无休息。斡流而远兮，或推而还。形气转续兮，变化而还。穆无穷兮，胡可甚言！……且夫天地为盆炉兮，造化为工；阴阳为炭兮，万物为铜。合散消息兮，安有常则？千变万化兮，未始有极。”

这段辞赋的大意是说，万物变化，根本无有停息，运转连续，变迁脱化。上述万物变化之理，深微无穷，不能言尽。天地是一个大熔炉啊，造化就是那冶铸的工匠；阴阳所以转化万物，故喻为炭。聚合离散，生生灭灭，哪里有一定的法则？千变万化未尝有终极之点！即在贾谊看来，由于“气”永无休止地聚和散，产生了一切有“形”之物，其中聚与散又取决于阴阳的相生相胜、相反相成和互相转化。整个自然界犹如一个以造化为工匠，阴阳为“炭”，铸化物为“铜”的大熔炉。

而现代物理学则表明，场是一种连续体，它在空间中无处不在。但它又表现为具有不连续结构的“颗粒状”粒子，如电磁场就是以光子（粒子）的形式表现的“自由场”，电磁相互作用是通过交换光子来实现的。这两种显然对立的概念又是以动态的方式统一的，并且永不停息地相互转化着。如一个质子、一个反质子和一个介子，它们自发地从真空中产生又重新消失在真空中。真空决非空无一物，相反地，它含有无数的粒子，它们不停地产生着和湮灭着。

千年之前的诗人在写诗时也许并不知道这些物理原理，但诗句所概括的科学事实不断为后来的科学发展所证实。如今，当我们仔细品位这优美的诗句时，又怎能不为这诗句的语言美和科学美的完整结合而叹服呢？庄子说，判天地之美，析万物之理，判美、析理两者不可分，两者结合，才能有新的理、新的美。诗、词、赋与物理学有着千丝万缕的联系。它们同源共生，其源、其根都在实践之中，两者都是承认与尊重客观实际，提炼与抽取客观实际的本质，探索与揭示客观实际规律的。两者彼此密切相关，又相互明显区别，即“和而不同”。

对古诗词赋中丰沛的物理知识，笔者有意进行了收集和整理，发现古人的物理知识仅限于力、声、热、光，而绝少涉及电和磁的内容；并且多为描述现象，极少对本质的探究，这和当时的生产力水平有关，并且也不是文学创作所需要的．即便如此，对古诗词赋中的物理知识的检索和评析，开发并利用到教学中去，将会其乐无穷，受益亦无穷。

注①：这首诗——《曲江二首》之一作于乾元元年（758）曲江暮春（又名曲江池，故址在今陕西西安城南五六公里处的曲江村。早在秦汉时，这里因有曲折多姿的水域，故名曲江）。当时，唐军已经收复长安，唐肃宗与朝中文武也已回到京城，安史之乱正在渐渐平息，但这场浩劫给曲江带来的伤害仍然历历在目。杜甫回到长安，仍任左拾遗。可是正值宦官李辅国擅权，杜甫虽为谏官，却被视为异己，受到排斥，因而心情极为烦闷，于是便借此诗伤春感时，慨叹春光易逝，人事无常，不必被荣辱穷达所累。

古诗物理现象