樓主
2024/02/08 聯合報／ 文／簡麗賢
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。
