簡麗賢/讀詩悟理

讀詩悟理。圖/圖倪
讀詩悟理。圖/圖倪

神奇自然景觀的成因

前陣子我服務學校的國文科同事在媒體前針砭課綱,呼籲讀古文學做人,此後各觀點如雨後春筍湧現。親朋好友不時傳來訊息問我想法,印象最深刻的問題是:「讀古文古詩也可以學物理嗎?」真是大哉問啊!

那學期輪到我負責高三第二次期中評量命題,設計了一道論述題,以物理觀點詮釋王維的詩句:「空山不見人,但聞人語響。」學生必須以科學概念說明何以空山不見人,卻能聽聞人語響。學生若能知其然也知其所以然,比較光波和聲波的波長長短,知道可見光的波長僅四百奈米至七百奈米,而聲波的波長可達約一米,在山林的環境,波長很短的可見光在林木間無法繞射而進入人的眼睛,所以「空山不見人」;然而聲波卻能在波長很接近林木間距時,產生明顯的繞射現象,傳達至人耳,因此「但聞人語響」。

邇來物理課教到幾何光學,以媒體報導廣州的民眾看到海面上的高樓和山脈,引起學習動機,學者解釋是大自然光學折射形成的「海市蜃樓」。

我舉李白的詩〈渡荊門送別〉為例:「渡遠荊門外,來從楚國游。山隨平野盡,江入大荒流。月下飛天鏡,雲生結海樓。仍憐故鄉水,萬里送行舟。」這首詩的「月下飛天鏡,雲生結海樓」,說明一輪皎潔明月在天空中流轉,像極了一面在空中飛行的明鏡,雲層與城郭結合,幻化出海市蜃樓。李白用詩句寫出空氣中若隱若現的幻景,可見古今皆有此現象。

提及「海市蜃樓」的物理概念前,先問學生能否寫出海市蜃樓四個字,測驗字音字形的程度,尤其是蜃字,再問成語海市蜃樓的意思。古代書籍早有記載此現象,例如《史記‧天官書》談到:「海旁蜃氣像樓台,廣野氣成宮闕然。」記錄陸地和海濱的海市蜃樓現象。然而,這些記載大抵採用蛟龍或蜃蛤吐氣後凝結成形,來解釋成因,帶有迷信色彩。教育部國語辭典解釋「蜃」是一種大蛤蜊,傳說龍生九子,各個不同,其中一子取名「蜃」,蜃喜歡吞雲吐霧,吐氣能成樓狀。

幸好宋朝沈括具有「於不疑處有疑」的科學態度,對傳統解釋「蛟蜃之氣所為」感到疑惑,在其名著《夢溪筆談》提出不同見解:「登州海中,時有雲氣,如宮室、台觀,城堞、人物,車馬、冠蓋,歷歷可見,謂之海市。或曰蛟蜃之氣所為,疑不然也。」又進一步說:「問本處父老,云:『二十年前嘗畫過縣,亦歷歷見人物。』土人亦謂之海市,與登州所見大略相類也。」說明在登州海面上看到的海市蜃樓現象,本地人二十年前也見過,這是大自然現象,並非鬼怪吐氣形成。

海市蜃樓的神奇景觀,乃光線經大氣折射的結果,將遠處的景物折射至近處。我們在海濱、沙漠地區,可能看到遠方出現城郭樓宇的幻景,這是由於在海面或沙漠上空的空氣上下層密布不均勻造成。當光線進入密度不同的空氣層時,光的速率發生變化,行進方向也偏折,形成物理學的折射現象,即可能形成奇觀。

以科學解釋〈岳陽樓記〉

國文老師問我范仲淹的〈岳陽樓記〉,提到「皓月千里,浮光躍金,靜影沉璧」,是否也能以科學解釋?三句描述可用光學漫反射說明,「皓月」是因為月亮本身不發光,但能反射太陽光;「浮光躍金」是水面反射太陽光,因此看到湖面泛起金光;「靜影沉璧」則是鏡面反射形成的虛像。

至於王維〈使至塞上〉的名句:「大漠孤煙直,長河落日圓。」則是光學的折射現象。這裡看到的落日並不是實際的太陽位置,而是光線經過密度不均勻的大氣層時,發生光線偏折而形成的虛像,此時太陽的實際位置已在地平線下。宋朝柳永〈竹馬子〉:「登孤壘荒涼,危亭曠望,靜臨煙渚。對雌霓掛雨,雄風拂檻,微收煩暑。」這裡的雌霓掛雨,指的是我們在雨過天青時看到鑲嵌在天空的彩虹,「雌霓」是虹與霓,霓的顏色比虹淡,仰角比虹高,這是太陽光經過大氣層眾多的水珠,光在水珠內折射和反射後的統合結果,形成如同稜鏡的色散效果。

李白在〈秋登宣城謝朓北樓〉也描寫雙橋落彩虹:「江城如畫裡,山曉望晴空。兩水夾明鏡,雙橋落彩虹。」除了天上繽紛的彩虹外,日常生活所見的虹與霓,皆是因為光照射水珠的色散造成。

下雨過後有機會看到彩虹,有時還能看到虹外的霓。兩者都是因為陽光照射懸浮於空中的小水珠,藉由折射與反射所呈現的光學現象。虹的色彩排列是內紫外紅,而霓的色彩排列則相反,呈現內紅外紫。

大氣中充滿無數球狀的小水滴,當陽光以不同角度照射這些小水珠時,會在水滴內產生折射與反射等作用。陽光在水珠內經過兩次折射與一次反射後,出射光與入射光夾角在四十二度的反射強度最大,因此在觀察者視線與地平面呈現大約四十二度的仰角時,可以觀察到虹的形成。霓的成因與虹相同,但陽光在水珠裡經過兩次反射及兩次折射後才進入人的眼簾,所以霓出現的角度比虹稍高,仰角約五十度,因多經歷一次反射,所以色彩的明顯程度比虹淡,紅橙黃綠藍紫的色彩排列則與虹相反。

古人寫文作詩,以景喻情,可能各自表述,但多少會思考這些自然現象如何產生。王維晚年以「行到水窮處,坐看雲起時」描述心境,或許他也仰望朗朗晴日的天空,思考:「天空為何是藍色?」李白送孟浩然時,「孤帆遠影碧空盡,唯見長江天際流」,究竟是碧「空」盡還是碧「山」盡?

眼中讀詩,心中悟理,饒富趣味。

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