理科生解读古诗词：你眼中的浪漫光影 都是物理现象

　　中国是诗的国度。

　　孩童时期，父母一句一句教我们背诵古诗词。“水光潋滟晴方好，山色空蒙雨亦奇”，“浮光随日度，漾影逐波深”，“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”，诵来朗朗上口，但不求甚解。

　　进入学校，我们在语文课上跟随老师的节奏，知其意，感其情，尝试走入诗人的内心世界，领略到古诗词的别样魅力。

　　只是，跳出语文阅读题的桎梏，你是否尝试过从其他角度看待这些诗词瑰宝？比如，诗人眼中的美景是怎么形成的？为什么他在此时此刻，看到的是这番景色，而不是其他的？

　　今天，我们就尝试从物理学的角度，来看看古诗词中的浪漫光影。

　　1

　　“

　　孤帆远影碧空尽，唯见长江天际流。

　　”

　　文科生：

　　诗人在黄鹤楼上看着友人乘坐的船渐行渐远，消失在水天相接之处。目之所及，滚滚江水浩浩荡荡流向天际。

　　诗人巧妙地将依依惜别的深情寄托在对自然景物的描写之中，情景交融，真正做到了含吐不露而余味无穷。

　　理科生：

　　碧空这俩字有意思，描写了当时天空的颜色。

　　为什么天空通常会呈现蓝色，而在夕阳西下和朝阳日出时又经常是红色吗？

　　这是因为光的散射。

　　早在17世纪，牛顿第一次把白光通过三棱镜分出了七种不同的颜色，分别是红橙黄绿蓝靛紫，按照一定的规律上下排列。不同的颜色对应不同的波长，红光的波长最长，紫光的波长最短。

　　天空的颜色就是由大气分子的散射造成的。

　　光的散射遵循一个规律，散射的光强与波长的四次方成反比。这是瑞利首先发现的，又称为瑞利散射说。

　　下图是散射的图像，横坐标是波长，纵坐标是光的强度，其中紫光的波长是0.39微米，最短；而红光的波长是0.76微米，最长。

　　对于空气分子来说，这些不同波长的光散射时，红光的散射光强最弱，紫光散射的光强最强。

　　白天太阳当空照，蓝色光波长短，散射性强，把其他光都遮蔽了，被散射到人的眼睛当中，所以我们看到的天空是蓝色的。

　　清晨日出或者夕阳西下，太阳斜照，短波长的光经过长路径的大气散射到太空中，没有办法进入人的眼睛。进入人的眼睛的，则是没怎么散射的红光。

　　因此清晨和傍晚，我们通常看到的是红色的天空。而且傍晚的天空比清晨的天空更红，这是由于夕阳西下时，大气中有更多的颗粒散射，使得天空的红色更加明艳。

　　2

　　“

　　忽闻海上有仙山，山在虚无缥缈间。

　　楼阁玲珑五云起，其中绰约多仙子。

　　”

　　文科生：

　　这两句意思是，忽然听说海上有座仙山，白云环绕、烟波缥缈。华美精巧的楼阁被五彩云霞托起，那里面体态轻盈柔美的仙女数之不尽。

　　理科生：

　　什么仙山啊，这不是海市蜃楼嘛。

　　我们在海边远眺，海面附近的空气温度更低，密度更大，高处的温度更高，密度更小。光在空气中的折射率跟空气的密度有关，如下图所示，上方的折射率小，下方的折射率大。因此，光在上方传播时速度更快，在下方传播速度更慢。

　　根据费马的最短时间原理，光线传播的路径是需时最少的路径，因此光会从上方绕弯，然后再到达我们观测人眼中。人眼看过去，视线就在海平面上方，这就是海市蜃楼的成因。

　　3

　　“

　　非云非雾起层空，异彩齐辉迥不同。

　　试向石台高处问，人人都在佛光中。

　　”

　　文科生：

　　这讲的是佛光啊。此光不是云也不是雾，流光溢彩，佛家说这是普贤菩萨向凡夫俗子显露真容，随缘应化。

　　理科生：

　　这就是光的衍射。

　　一束光通过很窄的狭缝以后，会绕过缝的边缘偏离直线传播，在光屏上出现明暗相间的条纹，这就是光的衍射。

　　比如这个衍射装置，一个光源经过透镜变成平行光，照射到一个狭缝上，经过狭缝以后，后方再经过一个透镜，在透镜的焦平面上放上观察屏，就可以观察到明暗相间的衍射条纹了。

　　缝的宽度a与入射光的波长λ数值要相近，才会出现衍射现象。

　　如果把狭缝换成小圆孔，就会得到圆环形的衍射条纹；如果换成双圆孔、矩形孔和正六边形孔，可以看到不同形状的衍射条纹沿着不同的方向展开。

　　佛光通常出现于早晨、傍晚或者薄雾笼罩的时候，这时空气中积聚了大量直径与光的波长相近的雾滴，每一个雾滴就相当于是一个小圆孔。

　　太阳光经过雾滴产生圆孔衍射，其它的雾滴层再反射这些衍射光，反射光向太阳一侧散开或者汇聚。站在太阳和云雾之间的人，就可以看见环形的彩色光象，这就是佛光。这种光环的半径与雾滴的半径是成反比的，雾滴如果越细，相应光环的半径就越大。

　　这就是佛光的成因。

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