品唐詩，話物理

中國是一個詩的國度，五千年的文明孕育了獨特的詩文化。
有趣的是，很多詩歌中涉及到了物理現象，
讓我們在領略文學美、人性美之外，還可以引起物理上的思索。
近幾年，考試題中也出現了以詩歌形式來考察物理知識的內容。
本文主要以唐詩為例，對詩歌中涉及到的物理現象作一簡析。

一、聲學現象

虞世南的《蟬》、李商隱的《蟬》及駱賓王的《詠蟬》
被稱為唐代文壇“詠蟬”詩三絕，都是托詠蟬以寄意之作。

有意思的是，這三首詩均涉及到了聲學現象。
虞詩雲“
垂緌飲清露，
流響出疏桐。
居高聲自遠，
非是借秋風。”

“緌”是古人結在頷下的帽帶下垂部分，與蟬頭部伸出的觸鬚相似，
故表面上用“垂緌”寫蟬的形狀，
實則暗指顯宦身份（古代常以“冠纓”指代貴宦）。

“疏桐”可見梧桐的枝幹高，
“流響”則寫蟬聲的長鳴不已和悅耳動聽，
結合前一句“飲清露”，讓讀者感受到蟬的清華雋逸。

後兩句是點睛之筆，在前兩句的基礎上生髮議論，
強調“居高”是致遠的原因，
言外之意是品格高潔的人，自然聲名遠播，
而不需要外在的憑藉，表達了對人內在品格的高度讚美。

從物理的角度來看，鳴蟬在這裏是聲源，
聲源的位置高，聲波在傳播的過程中被障礙物反射、
吸收的較少，所以可以傳得遠，
可見“居高聲自遠”是有科學道理的。

“非是借秋風”從物理的角度看則是不科學的。
聲波是一種機械波，它的傳播需要介質；
我們平時能聽到聲音，一般都是靠空氣傳聲，
真空是不能傳播聲音的，這與電磁波不同。
“風”是什麼？是流動的空氣，
如果沒有“風”這個介質，聲源“蟬”居得再高也是枉然。 
但是聲波在空氣中傳播也是一個比較複雜的問題。
聲波的傳播與介質的彈性模量，密度、
內耗以及形狀大小(產生折射、反射、衍射等)有關。
當空氣分佈不均勻，風速、氣溫等發生變化時，
聲波的傳播路徑與速度也會發生變化。

我們生活中有這樣的經驗，當刮大風時，
對面的兩人即使相距很近，
也聽不見或聽不清楚對方說話，
這種現象在駱賓王的《詠蟬》中有所提及，
即“露重飛難進，風多響易沉”， “風多”導致了聲音“易沉”。

字面上是說露水打濕了蟬的羽翼，
飛行困難，風大而多導致聲音傳得不遠，
實際上是用“露重”“風多”比喻環境的壓力，

“飛難進”比喻政治上的不得意，“響易沉”比喻言論上的受壓制。
蟬亦我，我亦蟬，物我相融，可謂“寄託遙深”！

清人陳熙晉曾說駱賓王“少年落魄，薄宦沉淪，始以貢疏被愆，
繼因草檄亡命”，大致概括了駱氏悲劇的一生。 

李商隱的《蟬》我們亦可從聲學的角度進行分析。
詩的首句聞蟬鳴而起興，“本以高難飽，徒勞恨費聲”。
棲高樹吸風飲露，難以填飽肚皮，
哀鳴只能是白費精力，與事無補，徒勞而已。

發聲消耗了聲源的能量，卻得不到充足的能量補充；
靠發聲本身是無法補充聲源的能量的，當然是 “徒勞”了。

本詩與上兩首一樣，詩中的蟬即作者的影子。
作者在各地當幕僚，小官微祿，且又為人清高，
所以生活清貧，“難飽”是自然的；
雖向有力者陳情，希望得到援助，最終卻是“恨費聲”。 


聲波在氣體中和液體中是縱波，在固體中有縱波，
有橫波，還有縱橫波、表面波等，情況複雜。
一般物體和材料對聲波吸收很小，
聲波在不同媒質的介面上幾乎是完全反射。
在空曠的山谷裏，石壁、山崖對聲波來說都是很好的反射面，
加上聲速又比較小，所以聲音發出後要反射多次，
在山谷內往返多次，經過很長時間(稱為混響時間)才消失。

任何點的聲強都是這些直達聲和反射聲互相干涉的結果，
與距離的關係很複雜。
王維後期的一首山水詩代表作《鹿柴》，其中提到了這種現象。
“空山不見人，但聞人語響”，
聽到人語聲，因為混響，憑耳朵難以確定聲源的位置。

樹多林密，但由於聲波波長較長（0.017米到17米），
能繞過樹木甚至巨石發生衍射，所以人能聽到聲音；
但光波波長極短（10-6米左右），
所以被林石擋住，不能衍射，從而看不見發出聲音的人。
空谷傳音，愈見谷之空，空山人語，愈見空山之寂，很好地表現出了幽靜景色。

物理試卷中出現了唐人張繼的《楓橋夜泊》中的名句
“姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”，
讓選出對其中聲現象的錯誤解釋：
A．客船上的人根據音調知道是鐘發出的聲音；
B．客船上的人根據音色知道是鐘發出的聲音； 
C．鐘聲通過空氣傳播到客船；
D．鐘聲是由鐘的振動產生的。
這裏考到了聲源、聲的傳播、音色音調的相關知識。
據資料，寒山寺在楓橋西一裏，初建于梁代，
因唐代詩僧寒山曾住於此而得名。
其實本詩還涉及到了聲速與氣溫的關係，
夜半時分，地表氣溫低，空氣密度大，聲速小，
因此，寒山寺的鐘聲在向四周傳播時是向下拐彎的，
易於傳到船上。
加上夜半時分，萬籟俱寂，干擾的聲音少而小，
鐘聲相對于嘈雜的白天就更容易辨別了，故聽得清楚；

同時，這與人在暗夜中聽覺的感受能力增強恐怕也有關係。
詩人趕考落第，心情苦悶，自是夜不能寐，
看霜色，觀漁火，聽鐘聲，觸景感懷。
鐘聲不但襯托出了夜的靜謐，烘托出冷清的氛圍，
更有利於表達作者聽鐘時種種難以言傳的心緒。
與張繼同時及後來的詩人中，描寫夜半鐘聲的還有很多，不再一一鋪敍。

二、光學現象

唐人在鸛雀樓上所留詩較多，
比較出名的是李益的七律和暢當的五絕，
以及為我們所熟悉的王之渙的《鸛雀樓》。
“白日依山盡，黃河入海流。欲窮千里目，更上一層樓”。
“樓”字點題，說明是首登樓詩。
詩人想進一步看遠方物體，登上更高樓層。
看上去平鋪直敍寫出登樓過程，實則含義深遠，耐人思索。
這裏顯示出詩人向上進取的精神及高瞻遠矚的胸襟，
同時也道出了要站得高才能看得遠的哲理。

後兩句是流水對，把道理、景物、情事融化得天衣無縫。
站得高為什麼能看得遠呢？
人能看到物體或物體的像，是因為有光線進入人眼的緣故。
上面提到，由於光的波長短，很容易被障礙物擋住，
因此我們說，在同一種均勻透明物質中光是沿直線傳播的。
人站得位置高了，由物體發出來的、
反射或折射來的光線可以不受阻礙地進入人眼，
當然就能看到遠處的物體而 “窮千里目”了。

而實質上大氣層中的空氣並不是均勻介質，
光通過大氣層時傳播方向會發生改變。

杜甫的《倦夜》寫道：
竹涼侵臥內，野月滿庭隅。
重露成涓滴，稀星乍有無。
暗飛瑩自照，水宿鳥相呼。
萬事干戈裏，空悲清夜徂。

這裏的“稀星乍有無”是說星星若隱若現，
就是我們平時所說的星星“眨眼”。
我們看到的星星大多數是銀河系裏的行星，
因為行星不發光，只有恒星照在它上面後，才發生光的反射；
我們看到的，實際是行星的反射光線。
恒星作為光源，光的亮度的一定的，而且是連續的。
星星反射出的光線要經過地球稠密的大氣層，才能射入人眼中，
而高空中氣流不穩定，空氣的疏密程度不同，
所以大氣層引起的光線的折射也不斷發生變化，
使人眼睛覺得星星在不斷地閃爍。

孟浩然《秋登萬山寄張五》中有這麼幾句，
時見歸村人，
平沙渡頭歇。
天邊樹若芥，
江畔洲如月，

意思說，從山上放眼向遠處望去，
那天邊的樹看上去細如芥草，
那白色的沙洲，
在黃昏的朦朧中似乎蒙上了一層月色。
語言平淡自然，境界高遠清幽，
顯示出自然界的優美景色和靜謐氣氛，
正如沈德潛所評“語淡而味終不薄”。
樹從空間形體上來說顯然比芥草大多了，
但看上去為什麼覺得小呢？
人的眼球相當於一個凸透鏡，
物體離得遠，視角小了；
人眼適應性調節，改變了眼球的焦距，
成在視網膜上的物體的像變小。
再者，在開闊的視野中，
“樹”所占的空間比例非常小也會引起感覺上的變化。
其實，早在《列子》中的《兩小兒辯日》一文裏，
就有“此不為近者大而遠者小乎”這樣的認識了。

同樣是孟浩然的詩，
另一首中涉及到了光的折射和全反射現象。
作者漫遊鄱陽湖時所作.的《彭蠡湖中望廬山》中有“
香爐初上日，
瀑水噴成虹”之句，

描繪了一幅絢麗多彩的畫面：
天色漸曉，紅日東升；
瀑布飛流直下，煙水氤氳，
色如雨後之虹，高懸空中。
瀑布飛流，會產生“虹”這種現象嗎？
彩虹是大家熟悉的大氣光學美景之一，
只要有太陽光來自身後，
照射到對面正在或剛下過雨的水滴幕上，
就會出現一條內紫外紅的七色彩虹。
彩虹的形成，
主要是由於太陽光在圓形的雨滴內經過折射，
又回到了觀察者眼睛的結果。
空氣中充滿了無數的小水滴，
這是一種天然的棱鏡。
不同顏色的光線由於波長不同，
它們在雨滴中“拐彎”的程度也稍有差別。
對觀察者來說，只要太陽高度角適宜，
人們便能看到美麗的彩虹。
不同高度的雨滴會出現不同的顏色，
在雨滴幕上彩虹區的最上部，
雨滴是紅色，往下依次是橙、黃、綠、青、藍色，
最下部的雨滴是紫色。
空氣中水滴的大小，
決定了虹的色彩鮮豔程度和虹帶的寬窄，
水滴大，虹的色彩就鮮豔，虹帶較窄；
水滴小，虹的色彩就淡，虹帶較寬。
當水滴很小，直徑只有0.025毫米時，
可能形成白虹（一條白色的光帶）。
有時在虹的外圈，
還可以看到色彩排列與虹相反的彩帶，
稱為霓。它的成因與虹相似，
只是光線在雲滴中多反射了一次。
因此，霓的色彩順序剛好與虹相反，
又稱為“副虹”，或“二次虹”。

除了天空外，在生活中也常見到彩虹，
如，瀑布或人工噴泉的旁邊，
或者背著太陽往空中噴一口水，也會出現彩虹現象。 
光的折射現象在其他詩人的作品中也時有出現。
如儲光羲的《釣魚灣》：“

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。

”我們看到的水下物體，其實只是物體的虛像。
光線從水下斜射到水面上時，
折射角大於入射角，
像的位置要在真實位置的上方，
所以“潭清疑水淺”。
可以做一個簡單易行的驗證實驗，
將筷子斜插入水中，
我們會覺得水面下那部分的筷子向上彎。

三、熱學現象

1、物態變化。有關物態變化的現象在詩中經常見到，
試舉李白的詩為例。 “
燕山雪花大如席，
片片吹落軒轅台”
《北風行》， “
玉階生白露，
夜久侵羅襪”
《玉階怨》 ， “
犬吠水聲中，
桃花帶露濃”
《訪戴天山道士不遇》， “
白髮三千丈，
緣愁似個長？
不知明鏡裏，
何處得秋霜”
《秋浦歌》， “
欲渡黃河冰塞川，
將登太行雪滿山”
《行路難》， “
月下飛天鏡，
雲生結海樓”
《渡荊門送別》， “
望望不見君，
連山起煙霧”
《金鄉送韋八之西京》等等。

描寫真實的“雪”、“冰”、“霧”、“雲”、“露”也好，
用來作喻的“霜”也好，均涉及到了物態變化。
雪、露、霜形成過程是有區別的。在0°C以上，
空氣因冷卻而達到水汽飽和時的溫度叫做“露點溫度”。
在溫暖季節裏，
夜間地面物體強烈輻射冷卻的時候，
與物體表面相接觸的空氣溫度下降，
在它降到“露點溫度”以後就有多餘的水汽析出。
因為這時溫度在0°C以上，
這些多餘的水汽碰到較冷的地面或靠近地面的物體時
就凝結成水滴附著在上面，這就是露。
物理學上稱這種物態變化叫做液化。
為什麼有露水時，一般是晴好天呢？
因為露水的形成有一定的天氣條件，
那就是大氣比較穩定，風小，
天空晴朗少雲，地面上的熱量能很快散失，
溫度下降，這樣當水汽遇到較冷的地面或物體時就會形成露水。
 霧也是一種液化現象。 如果地面熱量散失，溫度下降，空氣又相當潮濕，那麼當它冷卻到一定的程度時，
空氣中一部分的水汽就會凝結出來，
與空氣中微小的灰塵顆粒結合在一起，
懸浮在近地面的空氣層裏，這就是霧。
霧和雲都是由於溫度下降造成的，
霧實際上也可以說是靠近地面的雲。 

那麼，雪是怎樣形成的呢? 
高空中有一種由小冰晶和過冷卻水滴共同組成的混合雲。
當一團空氣對於冰晶說來已經達到飽和的時候，
對於水滴說來卻還沒有達到飽和，
這時雲中的水汽向冰晶表面上凝華，
而過冷卻水滴卻在蒸發，
這時就產生了冰晶從過冷卻水滴上"吸附"水汽的現象。
在這種情況下，冰晶增長得很快。
另外，過冷卻水是很不穩定的，一碰它，
它就要凍結起來。
所以，在混合雲裏，
當過冷卻水滴和冰晶相碰撞的時候，
就會凍結沾附在冰晶表面上，
使它迅速增大。
當小冰晶增大到能夠克服空氣的阻力和浮力時，
便落到地面，這就是雪花。

說“燕山雪花大如席”只能是一種誇張。 
霜是空氣中的水蒸氣在地面附近的凝華現象。
秋末冬初的夜晚，如果不刮大風，
地面上物體的溫度迅速降低到0℃以下，
空氣中的水蒸氣便在物體表面凝結成了霜。
霜的形成不僅和當時的天氣條件有關，
而且與所附著的物體的屬性也有關。
當物體表面的溫度很低，
而物體表面附近的空氣溫度卻比較高時，
在空氣和物體表面之間有一個溫度差，
如果物體表面與空氣之間的溫度差
主要是由物體表面輻射冷卻造成的，
則在較暖的空氣和較冷的物體表面相接觸時空氣就會冷卻，
達到水汽過飽和的時候多餘的水汽就會析出。
如果溫度在0°C以下，
則多餘的水汽就在物體表面上凝華為冰晶，這就是霜。
因此霜總是在有利於物體表面輻射冷卻的天氣條件下形成。
另外，雲對地面物體夜間的輻射冷卻是有妨礙的，
天空有雲不利於霜的形成，

因此，霜大都出現在晴朗的夜晚，
也就是地面輻射冷卻強烈的時候。

現在我們回過頭看張繼《楓橋夜泊》的中
“月落烏啼霜滿天”之句，
大致可以推斷，
這是一個晴朗的夜晚，
但“霜滿天”並不符合自然景觀，
霜不在天上。那麼這樣描寫是不是有錯誤呢？

不然。這裏作者重在描寫自己的感受，
深夜侵肌砭骨的寒意，
從四面八方圍向詩人夜泊的小舟，
使他感到身外的茫茫夜氣中正彌漫滿天霜華。
這樣寫使得幽寂清冷的氛圍更加鮮明可感。

我們知道，有微風的時候，空氣緩慢地流過冷物體表面，
不斷地供應著水汽，有利於霜的形成。
但是風大的時候，由於空氣流動得很快，
接觸冷物體表面的時間太短，
同時上下層的空氣容易互相混合，
不利於溫度降低，反而會妨礙霜的形成。
大致說來，當風速達到3級或3級以上時，
霜就不容易形成了。

因此，我們還可以推測，
張繼楓橋泊舟之夜當是風平浪靜，
所以詩中沒有出現關於風浪的描寫；

而且寒山寺的鐘聲傳播得沉穩、悠長，
基本未受氣流影響。

《秋浦歌》“明鏡裏”的“秋霜”並非霜，乃白髮也！
李白半生受排擠、壓抑，難酬壯志；
寫這首詩時已年過五十，
攬鏡自照，觸目驚心，孤憤難平。
白髮因“愁”而生，秋肅殺，霜清冷，
這樣給全詩蒙上了憂傷、淒涼、憔悴的感情色彩，
讓我們仿佛見到了詩人的仰天長歎的身影，
深深體味到作者的痛切、憤激！

2、分子熱運動。我們知道，
組成物體的分子在永不停息地做無規則的運動，
溫度越高，分子運動越快，
擴散現象可以很好地驗證這一點。
我們能聞到物體的氣味就是一種跟擴散有關的現象，
如唐詩中經常描寫到的花香。
在有些植物的花瓣裏，有一種含芳香油的油細胞。
當花兒怒放時，芳香油不斷揮發，
它的分子擴散到空氣中，發出陣陣幽香。
另外有一些花的花瓣裏沒有油細胞，
不能製造芳香油，卻含有一種叫配糖體的特殊物質，
配糖體本身沒有香味，
可是當它被分解的時候，
也能夠發出芳香來。

不同的花分泌芳香油和分解配糖體的能力不一樣，
因而有的花香濃些，有的花香淡些。

高駢《山亭夏日》雲：“
綠樹陰濃夏日長，
樓臺倒影入池塘。
水精簾動微風起，
滿架薔薇一院香”，

薔薇香滿院其實就是薔薇的芳香油分子擴散在院內的空氣中。
大部分花朵在陽光強烈的時候香味馥鬱，
因為芳香油被太陽曬後，溫度高，揮發得快；
相反，溫度低，香味就淡些。
“春淺香寒蝶未游”吳融《途中見杏花》，
初春，氣溫還低，香味當然不濃烈。
 “風遞幽香出，禽窺素豔來”（齊己《早梅》），

有風的時候，也會加快芳香油分子在空氣中的擴散。
也有些花，如夜來香、晚香玉等，
卻到陰雨天或夜間香氣濃郁，
因為這些花花瓣上的氣孔在空氣濕度大的時候才張得大，
揮發的芳香油才多，
“夜合花開香滿庭，夜深微雨醉初醒”竇叔向《夏夜宿表兄話舊》
中的夜合花當屬這種情況。 
在描寫花香的時候，
一定程度上融入了作者的思想感情，
所謂“一切景語皆情語也”。黃巢有過兩首題菊花的詩，
我們可以比較一下。
一首名《題菊花》，“
颯颯西風滿院栽，
蕊寒香冷蝶難來。
他年我若為青帝，
報與桃花一處開”，
另一首名《菊花》（據《清暇錄》；《全唐詩》中作“不第後賦菊”），“
待到秋來九月八，
我花開後百花殺。
沖天香陣透長安，
滿城盡帶黃金甲”。

同為菊花，由“蕊寒香冷”到“香透長安”，
香味發生了這麼大的變化了嗎？
非也。這裏的菊花是勞苦大眾的象徵，
前一首作者為菊花（底層的人民）所處的環境、
所遭的命運鳴不平，立志要加以改變；
後一首稱菊花為 “我花”，
作者直接站在了廣大被壓迫人民的一邊，
語言、形象、意境、思想均為之一變，
豪邁粗獷且充滿戰鬥氣息。
如果說“他年我若為青帝，報與桃花一處開”還算是比較委婉的話，
“沖天香陣透長安，滿城盡帶黃金甲”
已是氣勢逼人，淩厲激越，隱露殺機了。
詩人賦菊花以新的形象，
與一般文人把菊花視做作勁節之士、
孤高絕俗精神的化身大有不同，
可以說是獨樹一幟了。 

酒肉飄香同樣與擴散有關，一般是令人愉悅的，
但也不儘然。
杜甫《自京赴奉先縣詠懷五百字》中的“
朱門酒肉臭，
路有凍死骨”（“臭”讀xiù ,意思是“氣味”。）
千古名句，可謂是字字滴血，
讓人欲哭無淚。讓我們想像一下，
這是一種怎樣的場面：
貴宦豪門的府邸飄出陣陣的酒肉香味，
而路上卻橫陳窮苦百姓因饑寒而死的屍骨！
對比是何等鮮明，現實是何等觸目驚心！

四、綜合現象。

略舉兩個典型的例子。
李白的《朝發白帝城》四句均涉及到物理現象。
“朝辭白帝彩雲間”，雲呈現彩色與光的反射、折射有關；
“千里江陵一日還”談的是平均速度問題；
“兩岸猿聲啼不住”與聲音的產生和傳播有關；
“輕舟已過萬重山” 研究 “輕舟”運動選取的參照物是“萬重山”。

高駢的《山亭夏日》也是句句關係到物理知識。
“綠樹陰濃夏日長”，樹陰是如何形成的？與光的直線傳播有關；
“樓臺倒影入池塘”，水中倒影實質是光反射現象；
“水精簾動微風起” 風吹水波是動能的轉移現象；
“滿架薔薇一院香”，當然涉及到分子的無規則運動。

近幾年的物理試題部分地體現了學科滲透思想，
出現了以詩歌的形式來考察物理知識的題型，略舉幾例。

例1  “城市尚餘三伏熱，秋光先到野人家”，
說明在陸遊那個時代，人們就已覺察到城市暖於郊區。
分析城市“熱島效應”的主要原因，
一是工廠、交通工具排放大量的 ，
二是建築群、馬路中的沙石、水泥的 小，在相同日照條件下溫度上升更明顯；
三是城市水面小，水的 吸熱少；四是樓群林立，難以形成對流。

例2  “花氣襲人知驟暖，鵲聲穿樹喜新晴”，
這是南宋詩人陸游《村居書喜》中的兩句詩。
對於前一句，從物理學角度可以理解為：
花朵分泌的芳香油分子加快，推斷出當時周邊的氣溫突然升高。

例3 宋代詩人陳與義有詩“
楓花兩岸照船紅，
百里榆堤半日風。
臥看滿天雲不動，
不知雲與我俱東”。
詩中所涉及的“臥看滿天雲不動”是因為（ ）

A、詩人以自己為參照物看雲
B、詩人的浪漫情懷所致
C、雲本來就不動
D、雲向西運動

例4 “舉杯邀明月，對影成三人”，
這裏的三“人”其中的一“人”是由於光的直線傳播形成的_________。

例5 “姑蘇城外寒山寺，夜半鐘聲到客船”，
這是唐詩中的名句。
船上的客人聽到寒山寺的鐘聲，
這是因為寒山寺的大鐘受到撞擊發生了 。

例6古詩：“
牆角數枝梅，
淩寒獨自開。
遙知不是雪，
唯有暗香來”。詩中說明了下列哪一個化學事實 ( )

A．分子間有間隔
 B．分子在不斷地運動
C．分子可分裂成原子 
D．分子有一定的大小和品質

這類問題，體現了學科之間的融合，
可以考察學生對知識的活學活用情況。 
涉及到物理現象的詩句還很多，
從唐詩中可信手拈來。如“
雪暗凋旗畫，風多雜鼓聲”（楊炯《從軍行》）、

“桂香多露裛，石響細泉回”（宋之問《早發始江江口至虛氏村作》）、
“霜薄花更發，冰輕葉未凋” （宋之問《靈隱寺》）、
“荷風送香氣，竹露滴清響”（孟浩然《夏日南亭懷辛大》）等等，
不再一一贅述。

實際上，自然界的景物或現象，
是科學與人文共同的研究物件。
當我們用獨特的感悟去描摹它，
賦予它聲音、色彩、形象，通過襯托、
比興、雙關、移情等，給它打上人類思想感情的烙印，
“言志”也好，“遇思入詠”也好，“寄託遙深”也好，
都是用藝術的形式和方法來研究事物；
而當我們帶著尋求本質規律的目的去研究、剖析它，
則是用理性的、科學的形式和方法來研究事物。
兩種研究方式的交融應該說是很自然的.


(作者張默夫)