陈怡
一位物理学家静水深流的诗情
2025-4-30 19:08
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爱因斯坦提出的质能方程“E=mc2”以简洁的形式揭示了质量与能量之间深刻而本质的联系,这种简洁性和深刻性被许多人视为美的体现。爱因斯坦相信“真正可贵的是直觉”“直接领悟的心是上天给我们的神圣礼物”,直觉赋予他的科学以一种诗意的审美风格,而在古老的中国,这种“心通万物”的明澈,也曾赋予许多并未接触过现代科学但对大千世界怀抱好奇、求真之心的文人以神来之笔,写下启发后世格物致知的文字。

公元759年的深秋,当48岁的诗人杜甫于颠沛流离、辗转甘肃陇南之际目睹煮盐工人生活贫苦艰辛,感时伤世,写下《盐井》一诗时,他不会想到,这首诗竟然会在1000多年后的一天,引起一位从安徽农村考上中国科技大学,再从中国科技大学去往德国凯泽斯劳滕大学,后又从凯泽斯劳滕这座德国“工业 4.0”研发重镇返回中国科学院的物理学家曹则贤电光石火般的思想共振。在这首诗中,曹则贤不仅读出了盐对生命的意义、盐对人类自然地理的限制,以及制盐的过程,还由其末句的感叹“我何良叹嗟,物理固自然”觉察到杜甫对于物理学的一个特别而又精准的定义,就是“关于大自然的一切的学问,研究事物生来就有的特征”。

许多人认识中国科学院物理研究所研究员曹则贤,是从一条抖音视频开始的。他以电磁学中“电荷之间的相互作用可以被别的电荷屏蔽掉”的原理对宋代秦观词作《鹊桥仙》中的爱情观——“两情若是久长时,又岂在朝朝暮暮”提出质疑,这条结合异地恋讲电磁学的视频在网上播放总次数达1.5亿次,让很多网友感慨“物理学变得好玩了起来”。但在讲台上常常妙语连珠、幽默不断的曹则贤,如他的同事、中国科学院物理研究所研究员王文龙所说,其实是一位以“科学的静水流深”读出“诗句的百转千回”的人,在他的《一念非凡》《惊艳一击》《至美无相》《磅礴为一》等著作背后,本质是诗意灵魂与思想灵光的交织激荡。

在读唐诗的过程中,曹则贤曾自然而然地注意到其中闪现的一些物理学概念、现象或原理。带着物理学家的思维,曹则贤从《全唐诗》中读出了“不一样的美”,并尝试择取43首明显含有物理元素的诗歌作为对象,将由之产生的感悟写下来,于是有了《物理视角读唐诗》。

4月26日,曹则贤应上海科技教育出版社之邀,在上海徐家汇书院独辟蹊径地解读多首经典唐诗,以风趣幽默、充满故事和细节的表述,将声学、光学、量子力学、测量科学等多个领域的知识传递给读者,带领读者共赴一场跨越文理的诗意之约。

  物理学家发现大自然的诗句

早在18世纪,法国历史学家让-弗朗索瓦马蒙特就曾写下:“物理之于诗歌如同解剖学之于绘画:她不应该在诗歌中被察觉到,不过据信她可以为诗歌增添真实的魅力。”曹则贤觉得这句话说得非常好。

“常常有一些老师会给大家灌输一种思想,说数学和物理是非常枯燥的,在座的小朋友们你们可记住了:不是这么回事!物理和数学是极有趣且极富深刻诗意的学问。等到一位物理学家真正修炼到一定程度的时候,他的学问呈现出来的就是这样诗意的语言。” 曹则贤指着黑板上狄拉克的相对论性量子力学方程说,“物理学家发现大自然的诗句。比如当狄拉克把这个方程写出来的时候,别人就知道这个世界上有反粒子、反物质,而这是科幻作家永远想象不出来的。”——也许也正因为如此,虽然偶尔会被热心的读者提意见说他的科普作品里存在一些读者看不懂的物理、数学公式,曹则贤还是执拗地坚持在新版图书里保留它们。他引用杜甫在《<曲江二首>(其一)》里写到的“细推物理须行乐,何用浮名绊此身”,勉励现场听众:“学物理的时候千万别想着名利,但倘若真能把物理学好、把事情做好了,从某种意义上来说,俗世的名利降临其实是自然而然、水到渠成的事。好比一个平时学得多、深、广的孩子,自然能够对付课堂上简单的考试;又如少年普朗克说‘我没想有什么成就,我就是想学会物理’,结果,普朗克成了统计物理奠基人、量子论奠基人和相对论奠基人。”

从咖啡环到图灵的缺口苹果

作为一名科学家,曹则贤感到中国古代的许多诗歌写得非常符合科学。比如很多人都会背的“白日依山尽,黄河入海流”,他认为这句诗里最关键的一个字就是“白”。“大家都知道太阳光经常是黄色的,早晨如果到黄浦江上去看,或者日落的时候在长江边上看,太阳都是红色的,那么‘白日’出现在什么时间、地点条件下?其实这首诗不仅向我们呈现了大地为曲面的视觉证据,而且体现了散射效果为白光的条件。” 曹则贤说。

又比如王维在《使至塞上》里写到的“大漠孤烟直,长河落日圆”,曹则贤认为,这句诗之所以能成为至今脍炙人口的名句,原因不仅在于它描绘了绝美的边塞风光,还因为这首诗特别科学,仅“大漠孤烟直”这5个字就真实反映了自然现象,展现了无风、空旷环境中重力场下的“门罗效应”。

“为什么烟会是直的?是由于地球重力的存在使空气压力越往上方是越小的。所以,对于烟的扩散来说,上方是优先突破口。一位建筑师如果背诵过王维的‘大漠孤烟直’,或者学过聚能效应,再不济,哪怕为老奶奶砌过柴火灶,都会避免这种两幢垂直高层之间留一个窄过道的楼房设计结构。”他分析道。

再比如武则天在《如意娘》中写到“看朱成碧思纷纷,憔悴支离为忆君。不信比来长下泪,开箱验取石榴裙”,曹则贤认为其中呈现了两个有趣的物理现象。其一是当眼睛长时间凝视一个地方后,会产生视觉疲劳,此时,如果望向其他地方,那个地方又有色彩是之前凝视之处未曾出现过的,人的视觉就会自动进行“颜色补偿”,也即诗中所说的“看朱成碧”。其二,为什么要“开箱验取石榴裙”来证明自己流泪了呢?曹则贤指出,这与咖啡环效应有关——在白纸上滴一滴咖啡,等到干燥后,咖啡里的颗粒会往外缘聚集。同理,泪滴中的水在蒸发过程中,会把溶质颗粒带到边缘处,形成环状分布。曹则贤告诉大家:“早年打印机里的油墨粘到纸上的时候,就会呈现咖啡环效应——边缘部分颜色很深,中间部分的颜色则显得较浅。也正是因为发现了这个原理,我们才改进了打印机,使打印出来的文字不再是边缘粗深、中间淡了。”除了咖啡滴液和泪痕,还有湘妃竹上的斑痕、豹子尾巴上的斑点、斑马身上的条纹等,都遵循咖啡环效应。“科学史名篇《关于形态生长的化学基础》由不是学化学的信息学鼻祖图灵在1952年写下。图灵最后咬了口毒苹果自杀了,这也就是苹果公司Logo的由来。”

何谓“捣衣砧上拂还来”?

曹则贤旁征博引的分享深深吸引了线上线下的听众,而这样有趣的故事,在他讲座前准备的300多页PPT里比比皆是:

“水银又称快银,英语里面管它叫mercury。mercury是什么?是罗马新神话里的信使——送快递的。这就和快银凑到一起了,因为当水银掉到地上的时候,它会迅速变成珠子滚跑,跑得飞快,所以它叫‘快银’。”

“当年的哥廷根大学有一位数学家克莱因写了一本著名的书——《高观点下的初等数学》。所以,我们今天应该如何理解杜甫的‘会当凌绝顶,一览众山小'?我觉得目的不是为了把自己囚禁在一个特定的高度把别的山都看小了,而是为了把底下的山看清楚。”

“齐浣在《长门怨》里写‘宫殿沉沉月欲分,昭阳更漏不堪闻’,意指更漏的噪声吵得人睡不着觉,就像上海弄堂里空调的滴水声容易引发邻里纠纷。但如果是像小雨落在树叶上发出的‘沙沙’声这种强度和频率成反比的噪声——白噪声,其实是容易使人入睡的。”

唐代李颀在《粲公院各赋一物得初荷》中写道:“晴露珠共合,夕阳花映深。从来不著水,清净本因心。”在曹则贤看来,荷叶上的露珠展示了水的特性,即:水是有“皮”的。正是因为水有“皮”,所以才会有“波”的存在。由此,他提出了一个反常识的观点:“干净的水是不能洗衣服的,你得先把水弄脏,过去用泥,现在用各种洗衣剂,把水的‘皮’去掉,水才能渗透到衣服里面去。洗完衣服,用手把水盆里的水膜拂去后,镜面不存在了,水里的月亮就看不到了;等到过一会儿水膜重新形成,月亮又出现了,这才是张若虚《春江花月夜》里‘捣衣砧上拂还来’的由来。”

你若就此认为曹则贤是一位什么都非要格物致知给“格”明白的科学主义者,接下去他说的却是:“神话可不是迷信,神话是正经的前科学,是将来要做科学家的人在学科学之前应该了解的东西。电母娘娘手里拿两面平行的铜镜,中间就产生电了……”

大概王文龙研究员真的是曹则贤的知音,因为他说:“人类文明长河奔流,无论艺术还是科学,皆是茫茫无边各有各的去处,可以独行,也可以得兼。科学与艺术在何处相遇,能否交融,亦当是乘兴而来,‘恰好’便好——就如同你手上捧起的这本书:一位数理学养足以俾睨众生的科学家,‘恰好’还有一身的诗意情怀,他读诗,而且懂诗,而且才情横溢笔耕不辍,于是才有了这本难得一遇的《物理视角读唐诗》。”

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