蓝田日暖玉生烟—— 漫话烟

王振东

(天津大学力学系，天津300072)

锦瑟无端五十弦，一弦一柱思年华。

庄生晓梦迷蝴蝶，望帝春心托杜鹃。

沧海月明珠有泪，蓝田日暖玉生烟。

此情可待成追忆，只是当时己惘然。

这是晚唐诗人李商隐(约813-858)所作的七言律诗《锦瑟》，为其代表作之一。李商隐(图1)，字义山，号玉谿生，怀州河内(今河南沁阳) 人，后人将其与杜牧合称为“小李杜”(加“小” 字，为区别李白与杜甫)。李商隐是开成进士，受党争影响排挤，致飘泊潦倒，所作诗多托古以讽，富于文采，具有独特风格，因用典故较多，使理解较难。此诗就引用了四个典故。

图1 李商隐

“庄周梦蝶” 典源于《庄子·齐物论》，意为：庄子梦中幻化为栩栩如生的蝴蝶，醒来后发觉自已仍然是庄子。“望帝啼鹃” 典源自《禽经·杜鹃》，望帝是蜀地一位开明的部落首领，因让位不当而造成民不聊生，去世后化为杜鹃鸟，至春月间昼夜悲鸣不止，后人常用此比喻冤魂的悲鸣。“鲛人泣珠” 典源于晋张华《博物志》卷九，传说南海鲛人哭泣时眼中能出美丽的珍珠。后人常用此形容泪滴如珠。“伯雍种玉” 典源自晋干宝《搜神记》卷十一，杨伯雍得仙人所赠石子种于蓝田无终山，得白壁五双以娶妇；后玉石被官匪掠走，仙人又托梦给杨伯雍，以诗句提醒“晴天日出入南山，轻烟飘处藏玉颜”，从而又找见了玉。

李商隐借用这些典故，创造了朦胧的意境，写出十分华美的诗句，最后感叹道：人生中那些美好的事和年代，只能留在回忆之中了。

1 烟传递着重要讯息

烟有火字旁，通常是指物质因燃烧产生的气体，但此诗中的蓝田玉并没有燃烧，而是受太阳照射使玉升温，受热后的玉石又将热传给了其表面的空气，使受热空气密度降低而形成热对流(上升气流)，又因光的折射，远处观察就像是冒烟一般。古人正是利用这一流体运动现象，写出了诗句“蓝田日暖玉生烟”。杨伯雍按“玉生烟” 的讯息，找见了玉。

中国有四大名玉产地：出产“蓝田玉”的陕西蓝田，出产“和田玉”的新疆和田，出产“独山玉”的河南南阳，出产“岫玉” 的辽宁岫岩。这些名玉也应会有类似的受日照升温而出现热对流的“生烟” 现象，只是李商隐在长安所作的《锦瑟》，仅引用典故写到了唐朝京城长安(今陕西西安) 旁边的蓝田玉而己。

烽火台(图2) 又称烽燧，是古代防止敌人入侵而建的重要军事防御设施，遇有敌情，白天施烟，夜间点火，台台相连，传递消息。白天放烟叫“燧”，夜间举火叫“烽”，以可见的烟气和光亮向上级和各方通报讯息，可传5 km 之外，是古代行之有效的讯息传递方式。施烟时，因为狼粪点起的烟垂直性好，所以一般燃狼粪，亦称狼烟。

图2 古代烽火台遗址

烽火本是紧急报警信号，但历史上也曾发生过“烽火戏诸候” 的事故。西周的周幽王为引妃子褒姒一笑，多次让点燃烽火，戏弄了诸候。待公元前771年犬戎攻打镐京(西周国都，今陕西西安西南沣水东岸) 时，再点燃烽火，调诸候援救。诸候已不信，未动兵，致周幽王被杀，西周遭灭。

到唐朝时，边境一度平安无事。据唐代杜佑《通典》卷一五二记载，当时约定“每晨及夜平安，举一火”，即用烟或火光通报“平安无事”。

盛唐诗人王维(约701-761)于737 年奉命赴边关慰问将士时，途中看到报平安用的一柱烟，即兴写下了千古绝唱的五言律诗《使至塞上》：

单车欲问边，属国过居延。

征蓬出汉塞，归燕入胡天。

大漠孤烟直，长河落日圆。

萧关逢候骑，都护在燕然。

浩瀚的沙漠中孤烟直上，长长的河流与地平线重合，落日火红，又大又圆，对这美景最贴切不过也就是这10 个字了：“大漠孤烟直，长河落日圆”(图3)。“孤烟” 就是“平安烟”，“孤” 字写出了景物的单调，紧接一个“直” 字，又显出其劲拔、坚毅美。“长河” 指横贯沙漠的黄河。落日，原似给人感伤印象，而“圆” 字，却又给了人亲切温暖而苍茫的感受。

有趣的是，《红楼梦》第四十八回“滥情人情误思游艺，慕雅女雅集苦吟诗”中，香菱也对黛玉议论了这句诗，说“这‘直’ 字似无理，‘圆’ 字似太俗。合上书一想，倒象是见了这景的，要说再找两个字换这两个，竟再找不出两个字来”。

图3 大漠孤烟直，长河落日圆

2 烟流法是风洞实验的重要显示方法

在流体力学中，对于理想流体运动的欧拉方程组和黏性流体运动的纳维-斯托克斯方程组，解的存在性问题至今尚未在数学上被证明。对大量的自然界、国防和工程技术中的流体力学问题，只有通过理论分析、数值计算和物理实验相结合的方法进行研究解决。对于目前流行的大规模数值模拟，仍必须用精细设计的物理实验来检验其正确性。流动显示方法和技术，正是能达到上述要求的重要的实验方法和技术。

烟流法是风洞实验的重要显示方法之一。用风洞中特制烟管或模型上放出的烟流，显示气体绕模型流动的图形，是很好的观测方法。国际上自1931年起己开始建烟风洞，在风洞外将沸点高于350°C的优质矿物油，用金属丝通电加热产生的烟引入风洞；也可以将钨丝或不锈钢丝涂油放在模型前，加热产生细密的烟雾。借助光线对烟气质点的散射，可观察流体质点的运动，得到完整清晰的流动图形。为保证烟束清晰不散，需采用大收缩比的收缩段、稳定段，在风洞入口加装抗湍流网，并釆用吸振性能好的材料制造洞壁等措施，以保证烟流为层流状态。图4 是在烟风洞中的汽车绕流图形，图5 是在烟迹显示下尖劈旁的流动图，图6 是鸭式飞机模型在烟风洞中实验的照片。

烟流法也可以用来研究涡旋的产生和结构，以及边界层的转捩点。

图4 烟风洞中的汽车绕流图

图5 烟迹显示的尖劈旁流动图

图6 鸭式飞机模型在烟风洞中实验的照片

3 烟提出了有趣的流体力学研究问题

流动显示是了解流体运动特性，深入探索其物理机制的一种直观、有效手段。

燃香冒出的烟为什么会向上飘呢？烟是固体颗粒，其密度比空气密度大，为什么又看不到烟向下落？

点燃的香会使其周围的空气温度升高，出现热对流。于是香燃烧产生的固体颗粒物，就被上升的暖空气裏夹着一起上升了。因热空气冷却到环境温度需很长的时间，所以热空气会一直上升。如在室内烧香，烟会随热空气上升，直到吸附到房顶上。若在室外烧香，烟在上升的同时，也会被逐渐吹散。所以很难看到烟向下落。

观察一支香产生的烟在周围静止空气中的上升(如图7～图9 所示)，可以发现开始时是沿光滑的直线路径上升，到达一定的高度后，烟突然散开，形成明显无序的时间和空间上不规则脉动的结构。带有烟颗粒的流动经历了从层流到湍流的状态变化。

图7～图9 虽都是燃香时烟的流动，但出现的烟显示出流线情况却极不相同，这究竟是由哪些原因造成的，是很值得深入研究的问题。

图7 燃香引起的烟之一

图8 燃香引起的烟之二

图9 燃香引起的烟之三

图10 和图11 是点燃一根火柴时引起的烟涡旋，图形也很不相同。

图10 火柴燃烧引起的两组烟涡旋

这显然会让人联想起：层流如何转捩为湍流，涡旋的产生和卷吸等流体力学问题，很值得有兴趣者去进一步研究。

图11 火柴燃烧引起的烟涡旋

(本文部分图片自网络收集，来源不详，仅供力学科普之用，特此致谢图片的原作者)