诗歌里的光学

陈征

“峰多巧障日，江远欲浮天”，为什么阳光会被山峰挡住？“排云数峰出，漏日半江明”，为什么阳光只有从云缝中穿出才能照亮江面？

估计《学与玩》的“资深”读者都能说出答案。在《古诗里的光与影》一文中，我们就一起了解到这几句诗中描述的现象印证了光的直线传播原理。其实，古诗中的光学问题还有很多，反射、折射、色散……让我们看看“诗歌里的光学”2.0版吧。

半亩方塘一鉴开 反射定律中间在

“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊。问渠那得清如许？为有源头活水来。”大家读过这首诗吗？这是宋代名家朱熹的《观书有感》。“鉴”就是镜子，“半亩方塘”的水面如明镜一般，倒映出“天光云影”，而这水是清澈的“活水”，象征读书要不断汲取新知识，才能达到天空般广阔的境界。看得出来，朱熹这是用自然美景来表达深刻哲理呢。

古诗里把水面比喻为镜子的例子还有很多。比如唐代刘禹锡的《望洞庭》：“湖光秋月两相和，潭面无风镜未磨。遥望洞庭山水色，白银盘里一青螺。”这首诗描写了秋夜月光照在洞庭湖水面的景色，其中“潭面无风镜未磨”就是指湖面风平浪静如同未经磨拭的铜镜。

为什么这些古代诗人喜欢把倒映景色的水面比成镜子呢？这是因为人们可以通过镜子看到对称镜像，这与水面倒影十分相似。其实，这种现象可以用光的反射定律来解释。阳光照在物体上，一部分被反射到水面，水面又将光反射进入我们的眼睛，因此我们能在水面上看到“天光云影”。

我国古代很早就开始使用镜子了。早在春秋战国时期，墨子就对镜子的基本原理做了解释，而与墨子年代相近的古希腊学者欧几里得也在其著作中提出了反射定律。除了常见的平面镜，汉代还出现了凹面镜，古称“阳燧。那时的人通过凹面镜的反射聚焦阳光，点燃干草来取火。如今奥运会取圣火依然沿用这一古老的方法。

朝辭白帝彩云间阳光色散正当前

大家肯定读过诗仙李白的《早发白帝城》。“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还”讲的就是李白在清晨彩色朝霞之下告别白帝城返回江陵。那么，其中的“彩到底是什么颜色呢？再想想唐代另一位大诗人白居易的《忆江南》：“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝，能不忆江南？”我们知道了，原来日出时的彩霞是红色的。

其实，不仅是日出时，日落时我们也能看到天边红色的彩霞。为什么“红胜火”的彩霞出现在早晚而中午却没有呢？这就要说到光的散射。阳光是由连续不断的不同颜色的光组成的，当阳光抵达地球大气层时，会与大气层中的微小颗粒发生碰撞，四散开来，我们把这种现象称作“散射”。

大多数时候我们看到天空是蓝色的，这正是因为空气分子很小，当阳光遇到的颗粒非常小时，它里面波长较短的蓝色光更容易被“弹开”，这些蓝色的光被弹到我们的

眼睛里，就令我们看到了蓝色的天空。

不过，早晨和傍晚时，情况就有点不一样了。这时太阳光倾斜照射，在大气中“走过的路”比较长，各种颜色的光都开始散射。随着光不断往前“跑”，蓝色光更容易被散射掉，在光的行程中都被弹走了，只剩下红＼橙＼黄这些波长较长的光到达了我们的眼睛，因此我们看到了红色的朝霞和晚霞。

潭清疑水浅折射舞蝶翩

“垂钓绿湾春，春深杏花乱。潭清疑水浅，荷动知鱼散。日暮待情人，维舟绿杨岸。”大家读了这首诗，是不是感到一派春意盎然呢？这是唐代诗人储光羲的《钓鱼湾》，诗句体现了诗人对自然细致入微的观察，尤其是“潭清疑水浅一句展示了一个非常常见的景象——看到潭里的水很清澈就以为水很浅，它所蕴含的科学知识就是光的折射。

光的折射是指光在进入不同介质时发生的偏折现象。以“潭清疑水浅”一句的情景来说，光从空气进入水中，由于光在空气中和水中的传播速度不同，光线就发生了偏折，实际的潭水比看到的更深。

光的折射在生活中也有非常多的应用。前文提到阳燧，其实古人不仅用凹面镜反射取火，还利用凸透镜的折射来取火。在我国古代文献中，就有用透明的珠子，甚至用冰削成透镜来取火的记录。让我们为古人的智慧点个赞。

关于光的折射，古人还有一个有趣的发明——蝴蝶杯。它外观上看只是普通的酒杯，倒入酒后却能看到杯底有一只蝴蝶在飞舞。这里面暗藏的玄机就是酒和杯中的珠子形成了组合透镜，通过折射，就能看到里面的蝴蝶，十分神奇！

方晖竟户入小孔成像来

夏天，我们经常会发现阳光透过树叶照在地上形成圆形光斑。大家想过这是为什么吗？其实，这种现象在光学里被称为“小孔成像”。南北朝史学家＼文学家沈约在《应王中丞思远咏月诗》中就描述了这种现象： “月华临静夜，夜静灭氛埃。方晖竟户入，圆影隙中来……”这本是一首通过月光表现才子佳人新婚之诗，而“方晖竟户入，圆影隙中来”讲的是月光穿过门帘的缝隙后带来光亮。

沈约本人也许不了解其原理，却形象地记载了小孔成像这一自然现象。不过，也有古人对此给出了解读。根据《墨经》记载，墨子在一个朝阳的墙上开了一个小孔，人站在屋外对着小孔，屋内出现了人倒立的像。这正是由于光是沿直线传播的，不同方向的光在小孔处会形成交叉，从而形成影子。而影子本身就是光直线传播最好的反映——光照不到的地方才有影子。因此，沈约其实看到的是月亮的影子。

关于影子的诗词就更多了。苏轼《水调歌头》中的名句“起舞弄清影，何似在人间”，可以说是自然现象与作者内心情感的完美合一，体现了浓浓的诗意之美，也反映了古人对影子这一自然现象的探究。尽管咱们今天早已把影子的成因当作常识，但人类真正了解影子却经过了漫长的历史。

科学+艺术

小读者们，你们知道大名鼎鼎的诺贝尔奖章背面是什么图案吗？告诉大家吧.是象征科学的女神揭开了自然女神的面纱。人类观察大自然，希望了解大自然，科学从而诞生：人类通过大自然丰富了自身情感，诗歌便于成了最古老的艺术形式之一。著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者李政道先生也曾说，“科学和艺术是一枚硬币的两面”。小读者们，希望你们既爱文学艺术、也爱科学技术，科学与艺术正是大自然这枚硬币的AB面。