诗词中也有物理 意境里蕴藏思维

文：陈征

引子

或许是受到多年“文理分科”教育的影响，许多人的心中已在“文”与“理”之间竖起了一道高墙，仿佛它们之间毫无关系，永远没有交集。可事实是这样吗？李政道先生说：“科学与艺术是一枚硬币的两面”，文学与科学何尝不是如此？！语言文字是表达思想的工具和载体，而被承载的是人类的思想。这思想不仅仅是对世界、对人生的感应、体验和思考，同样也有理性的思辨和探究，前者大约是文学的主体，而后者则是科学的重要组成部分。古诗词作为中华文化的代表之一，其作为文学瑰宝众所周知，也是学生喜闻乐见的内容。可你仔细思考过吗？古诗词通过格律的语言承载优美意境的同时，也承载了作者对世界的观察、体验、思考与探究。当我们从观察角度和思维方式的视角审视时，除了“思飘云物动，律中鬼神惊”的感动之外，也完全可以从中找到理性思维的影子。诗人与科学家都拥有敏锐细致的洞察和深入的思考，不同只是诗人更多是在细致观察自然的基础上，通过自己的思考“托物言志”“借景抒情”，而科学家则在此基础上进行系统的逻辑推理和实验验证，探究其中的因果关系。我们当然不能用现代科学的角度对古代诗人的描述在系统、严谨和认识水平等方面有过于苛刻的要求，但古诗词中的确有很多物理现象，今天的我们完全可以观察、思考、提问、探究古诗词里这些自然现象的现代科学知识。在某种意义上讲，古诗词也可以是一条走进物理世界的路径。
古诗词中的物理知识

古诗词里其实就有“物理”二字。

《曲江二首》（其一）（唐）杜 甫一片花飞减却春，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，苑边高冢卧麒麟。细推物理须行乐，何用浮名绊此身。

杜甫竟然学过物理吗？他当然没有学过今天的物理，他那时的“物理”是“事物中的道理”的意思，杜甫的许多诗词中都有“物理”，比如《盐井》中的“我何良叹嗟，物理固自然”，《述古三首》中的“古时君臣合，可以物理推”，《水宿遣兴奉呈群公》中的“我行何到此，物理直难齐”，《秋日寄题郑监湖上亭三首》中的“挥金应物理，拖玉岂吾身”，《赠郑十八贲（云安令）》中的“高怀见物理，识者安肯哂”等。我们今天说的物理是一门自然科学，主要研究我们周围大自然中的物质、能量，以及它们在运动变化中形成的各种自然现象背后的规律。比如水是我们身边最常见的物质，古诗词中就隐藏着水的秘密。

《暮江吟》（唐）白居易一道残阳铺水中，半江瑟瑟半江红。可怜九月初三夜，露似真珠月似弓。

为什么露水似乎总是秋天见得比较多呢？这是因为露水是空气中的水蒸气遇冷凝结成的小水滴，夏天气温比较高，叶片上不容易凝结露珠，而冬天太冷水蒸气直接凝华成了霜，就如《诗经》中的名句“蒹葭苍苍，白露为霜。”所以春秋天见到露水的机会比较多，特别是凌晨地面温度最低的时候。那为什么水会结冰？水又会变成水蒸气呢？花香中隐藏了线索。

《梅》 （宋）王安石墙角数枝梅，凌寒独自开。遥知不是雪，为有暗香来。
鼻子是怎么闻到“暗香”的？原来世间万物都是由原子组成的，梅花散发的花香其实是许多从梅花逸散出来的分子，在空气中扩散到达了我们的鼻子。古希腊的德谟克利特提出了物质由原子组成的假说，他提出的证据之一就是人们能隔空闻到面包的香气。可这和水结冰有什么关系呢？水是由水分子组成的，它是1个氧原子和2个氢原子组成的小单元。分子在一刻不停地运动着。液态水中的水分子杂乱无章地紧紧挤在一起，当被加热时，运动变剧烈的水分子从紧紧挤在一起变得相距很远，于是就成了水蒸气；而当水遇冷的时候，它们的运动减缓，杂乱的堆积变得整齐，就形成了固态的冰，当然固态的冰有许多不同的样子，比如霜或者雪。运动是物理研究的重要内容，不过运动总是与静止相对的，古诗词中也有相关内容。让我们读一阕词。

《浣溪沙·五两竿头风欲平》 （五代）佚 名五两竿头风欲平，长风举棹觉船轻。柔橹不施停却棹，是船行。满眼风波多闪灼，看山恰似走来迎。仔细看山山不动，是船行。
再来看一首诗。

《襄邑道中》 （宋）陈与义飞花两岸照船红，百里榆堤半日风。卧看满天云不动，不知云与我俱东。

词和诗中都描述运动的场景，只是到底是谁在动呀？答案是运动是相对的。我们说一个东西是运动还是静止，选择不同的参照物，看到的情况常常不同。比如当我们把大地指定做参照物，树就是静止的，而当我们坐在飞驰的汽车上，把汽车选作参照物时，路边的树就在高速飞驰。当我们比较两个东西的运动快慢，一定要相对于同一个参照物。比如都相对于大地时，乌龟比兔子跑得慢。如果你把兔子的参照物选定成它自己，而乌龟的参照物则选择大地。那么兔子是静止的，而乌龟是运动的。这时你能说乌龟比兔子跑得快吗？不行！因为这种比较是没有意义的。此外，千百年来人们都把昼夜变化归因于日出日落，李白就有诗词赞颂太阳女神羲和。

《日出行》 （唐）李 白日出东方隈，似从地底来。历天又入海，六龙所舍安在哉？其始与终古不息，人非元气，安得与之久裴徊？草不谢荣于春风，木不怨落于秋天。谁挥鞭策驱四运？万物兴歇皆自然。羲和！羲和！汝奚汩没于荒淫之波？鲁阳何德，驻景挥戈？逆道违天，矫诬实多。吾将囊括大块，浩然与溟涬同科！

我想你我通常也都是这么认为的。然而随着人们对宇宙了解的深入，发现事情并不那么简单。德国天文学家奥伯斯于1823年提出了奥伯斯佯谬，现代的天文学家遵循一个基本的假设，即这个宇宙中大体上是均匀的，也就是从宇宙中任何一点向各个方向看都是差不多的。那如果各个方向上的恒星都差不多，为什么背对太阳的一面会是黑夜呢？原来是因为宇宙太大了，而光速又有限，距离我们太远的恒星发出的光还没来得及到达地球。因此，夜晚会天黑竟然和光速有关系。古代咏月的诗词也数不胜数，我们读两首，第一首是孤篇压全唐的《春江花月夜》。

《春江花月夜》（节选） （唐）张若虚春江潮水连海平，海上明月共潮生。滟滟随波千万里，何处春江无月明！江流宛转绕芳甸，月照花林皆似霰；空里流霜不觉飞，汀上白沙看不见。江天一色无纤尘，皎皎空中孤月轮。江畔何人初见月？江月何年初照人？人生代代无穷已，江月年年望相似。不知江月待何人，但见长江送流水。

其中的“海上明月共潮生”已经点出了月亮和海潮的关系。事实上大海的潮汐变化主要是太阳和月亮的引力引起的。随着地球与太阳、月亮的位置变化，地球上的海水在太阳、月亮引力的共同作用下发生涨落，这就是潮汐现象。其中月球的质量虽然只有地球的1/6左右，但是因为距离地球只有38万多千米，它的引力对地球上海水的作用比太阳明显许多。所以会看到“海上明月共潮生”的现象。而辛弃疾从生活经验中注意到，一个东西绕着另一个东西转，总是需要系着，用现代的话说就是需要有向心力。而月亮绕着地球转，应该也有什么力量系着吧！他把这个疑问写进了一阕词。
《木兰花慢·可怜今夕月》 （宋）辛弃疾中秋饮酒，将旦，客谓前人诗词有赋待月、无送月者，因用《天问》体赋。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？姮娥不嫁谁留？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？

辛弃疾虽然还不了解什么万有引力，却也已经开始思考月亮和大地之间应该有着某种力量。

古诗词中的科学思维

通过以上例子，我们可以看到诗词中的自然现象，通过对这些现象的进一步思考就能够从诗词走进物理。与此同时，一些科学思维也值得我们注意。《春江花月夜》和《木兰花慢》就体现出科学家与诗人有一个突出的共同点：敏锐的洞察力。他们都注意到了世界上那些被大多数人忽略，但潜藏着大自然秘密线索的现象。就如《春江花月夜》中的“海上明月共潮生”，敏锐地注意到潮汐与月亮的关系。南朝梁代诗人刘孝威的《和皇太子春林晚雨诗》中提到“云树交为密，雨日共成虹”，同样发现彩虹总是少不了两个条件：雨水和太阳。还有唐代韦应物《滁州西涧》中描绘的“春潮带雨晚来急，野渡无人舟自横”，流水中无人操控的小船总是横在水里。当你注意到这些细节，像辛弃疾问“飞镜无根谁系”，屈原问“九天之际，安放安属？”那样积极思考并提出问题，再针对这些问题进一步探究，便可能有新的发现。当然对一个自然现象，每个人都可以提出不同的猜想，不过在没有提出证据之前，这只是个猜想而已，而且不同人的不同猜想也没法区分谁对谁错。比如是什么组成了世间万物，每个人都可以有自己的猜测，有人认为是原子那样的小微粒，也可以有人认为是水、土、气等其他的东西，这些都只是猜测。当能够通过观察与思考为自己的猜想提出一定的证据，也许还不够坚实，但能够自圆其说，那么这就可以称为一个假说。《梅》中的场景有风从花旁吹过来，我们就会闻到更浓的香气，如果风的方向相反，香味也就淡一些，那合理的推测是有什么东西从花上跑出来，被风带到了我的鼻子里，而不是我“隔空”就闻到了花香。这与德谟克利特原子论的证据之一“人闻到面包香气必然是面包有微粒掉下来进入人的鼻子”颇有异曲同工之妙，那个跑到鼻子里的东西应该就是原子之类的东西。闻到花香虽然还不能算是证明事物都是由原子组成的，但至少是个合理的解释。这样一个普通的猜测就变成了一个科学假说。只有经过反复证明，能作出预测，并且与实际情况相符的假说，才能最终形成一个科学理论。比如原子的假说，在现代科学建立起之后得到了物理、化学等许多领域科学家的反复辩论和验证。其中最有名的就是通过观察静止水中漂浮花粉的运动，才成为一个被广泛接受的科学理论。几十年前，人类通过电子显微镜真正“看到”原子本尊，才最终“眼见为实”。《襄邑道中》体现出了物理学的“相对性原理”这一基本思想。这个原理常被认为来自意大利物理学家伽利略（Galileo Galilei），他在名著《关于两大世界体系的对话》（Dialogue concerning the Two Chief World Systems）中描述说：“在一间封闭的船舱里，哪怕船在运动，只要运动足够均匀，我们就无法发现它与处于静止时的任何区别。如果我们扔一块石头，往船头和船尾可以扔得一样远；如果我们观察一只小鸟的飞翔，它往哪个方向飞也都一样轻松。”伽利略所说的这个例子其实我们今天也可以尝试，比如坐在平稳匀速行驶的高铁上睡着了，醒来的时候外面的天色已经黑下来，那些帮助你判断车速的灯火或是树木都看不到时，你是无法判断此时车是停着还是正在飞驰，更无从判断此时的车速。其实，在所有匀速运动的参照物上，看到的物理规律都是完全相同的。只要没有外界的对比或是提示，你无法分辨它是静止还是在运动。伽利略的这个发现，今天被我们称作“伽利略相对性原理”，我们生活中的大多数现象，都遵循这个原理。

结语

诗词与物理联系的例子还有很多，笔者曾参加过北京市小学语文课和科学课的一次联合备课，深切地感受到了这一点。语文课和科学课都以郑燮的《竹石》为核心：“咬定青山不放松，立根原在破岩中。千磨万击还坚劲，任尔东西南北风。”语文课和科学课的前半段内容几乎相同，都是对竹进行细致的观察，寻找其特征，只在后半段两门课才有了区别。语文课更多教孩子们那些“托物言志”的文学方法，科学课更多与孩子们一起探究竹子的习性、形成这些特征的原因等。这是一次非常有启发的活动，也证明文学和科学并不是割裂的，语文与科学、与数理化是有共通之处的。语文教师通常要求我们在读、背、诵古诗词的基础上，能够想象出诗人构建的意境，体会其中包含的思想感情，培养文学素养和审美品位。笔者觉得，如果在此基础上还能够从另一个视角对诗人的意境和思想提出几个为什么，并尝试进行探究，培养自己的理性思维，让感性和理性的思维在对古诗词的学习中交汇，应能获得更多的收获，让自己具有更高的思维水平，让眼中的世界更多彩。

原文刊载于《中国科技教育》2022年第10期专栏栏目，作者：陈征，北京交通大学物理科学与工程学院。中国青少年科技辅导员协会会员可点击“阅读原文”登录杂志官网免费浏览全文。

来源: 《中国科技教育》