詩歌里的光學

陳征

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

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

半畝方塘一鑒開 反射定律中間在

“半畝方塘一鑒開，天光云影共徘徊。問渠那得清如許？為有源頭活水來。”大家讀過這首詩嗎？這是宋代名家朱熹的《觀書有感》。“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”，象征讀書要不斷汲取新知識，才能達到天空般廣闊的境界。看得出來，朱熹這是用自然美景來表達深刻哲理呢。

古詩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，潭面無風鏡未磨。遙望洞庭山水色，白銀盤里一青螺。”這首詩描寫了秋夜月光照在洞庭湖水面的景色，其中“潭面無風鏡未磨”就是指湖面風平浪靜如同未經(jīng)磨拭的銅鏡。

為什么這些古代詩人喜歡把倒映景色的水面比成鏡子呢？這是因為人們可以通過鏡子看到對稱鏡像，這與水面倒影十分相似。其實，這種現(xiàn)象可以用光的反射定律來解釋。陽光照在物體上，一部分被反射到水面，水面又將光反射進入我們的眼睛，因此我們能在水面上看到“天光云影”。

我國古代很早就開始使用鏡子了。早在春秋戰(zhàn)國時期，墨子就對鏡子的基本原理做了解釋，而與墨子年代相近的古希臘學者歐幾里得也在其著作中提出了反射定律。除了常見的平面鏡，漢代還出現(xiàn)了凹面鏡，古稱“陽燧。那時的人通過凹面鏡的反射聚焦陽光，點燃干草來取火。如今奧運會取圣火依然沿用這一古老的方法。

朝辭白帝彩云間陽光色散正當前

大家肯定讀過詩仙李白的《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人白居易的《憶江南》：“日出江花紅勝火，春來江水綠如藍，能不憶江南？”我們知道了，原來日出時的彩霞是紅色的。

其實，不僅是日出時，日落時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)在早晚而中午卻沒有呢？這就要說到光的散射。陽光是由連續(xù)不斷的不同顏色的光組成的，當陽光抵達地球大氣層時，會與大氣層中的微小顆粒發(fā)生碰撞，四散開來，我們把這種現(xiàn)象稱作“散射”。

大多數(shù)時候我們看到天空是藍色的，這正是因為空氣分子很小，當陽光遇到的顆粒非常小時，它里面波長較短的藍色光更容易被“彈開”，這些藍色的光被彈到我們的

眼睛里，就令我們看到了藍色的天空。

不過，早晨和傍晚時，情況就有點不一樣了。這時太陽光傾斜照射，在大氣中“走過的路”比較長，各種顏色的光都開始散射。隨著光不斷往前“跑”，藍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＼黃這些波長較長的光到達了我們的眼睛，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，荷動知魚散。日暮待情人，維舟綠楊岸。”大家讀了這首詩，是不是感到一派春意盎然呢？這是唐代詩人儲光羲的《釣魚灣》，詩句體現(xiàn)了詩人對自然細致入微的觀察，尤其是“潭清疑水淺一句展示了一個非常常見的景象——看到潭里的水很清澈就以為水很淺，它所蘊含的科學知識就是光的折射。

光的折射是指光在進入不同介質(zhì)時發(fā)生的偏折現(xiàn)象。以“潭清疑水淺”一句的情景來說，光從空氣進入水中，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。前文提到陽燧，其實古人不僅用凹面鏡反射取火，還利用凸透鏡的折射來取火。在我國古代文獻中，就有用透明的珠子，甚至用冰削成透鏡來取火的記錄。讓我們?yōu)楣湃说闹腔埸c個贊。

關(guān)于光的折射，古人還有一個有趣的發(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。這里面暗藏的玄機就是酒和杯中的珠子形成了組合透鏡，通過折射，就能看到里面的蝴蝶，十分神奇！

方暉竟戶入小孔成像來

夏天，我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)陽光透過樹葉照在地上形成圓形光斑。大家想過這是為什么嗎？其實，這種現(xiàn)象在光學里被稱為“小孔成像”。南北朝史學家＼文學家沈約在《應(yīng)王中丞思遠詠月詩》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……”這本是一首通過月光表現(xiàn)才子佳人新婚之詩，而“方暉竟戶入，圓影隙中來”講的是月光穿過門簾的縫隙后帶來光亮。

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，也有古人對此給出了解讀。根據(jù)《墨經(jīng)》記載，墨子在一個朝陽的墻上開了一個小孔，人站在屋外對著小孔，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，沈約其實看到的是月亮的影子。

關(guān)于影子的詩詞就更多了。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)了濃濃的詩意之美，也反映了古人對影子這一自然現(xiàn)象的探究。盡管咱們今天早已把影子的成因當作常識，但人類真正了解影子卻經(jīng)過了漫長的歷史。

科學+藝術(shù)

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