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聲波折射現象在古詩中的體現

光波與聲波,是信息的兩個主要載體;視覺與聽覺,是人類接受信息的主要方式。光波從光源傳到我們的眼睛,聲波從波源傳到我們的耳朵。它們不僅僅讓我們看清了世界,聽清了世界,還時時刻刻影響著我們的情感。這種影響在詩人的筆下迸發出了無窮的詩意。

唐朝、宋朝還有後來的元明清,中國的歷代詩人們留下了無數膾炙人口的詩篇。不僅詩歌本身對與聽覺有關的韻律有著十分苛刻的要求,詩歌的內容也大多與聲音有關。既然聲音對詩歌的創作有著如此巨大的影響,那麽聲音傳播所擁有的物理學規律在詩歌中也應當是有所反應的。

聲音是壹種可被感知的聲波;聲波是壹種機械波並且是壹種縱波。如果大氣是均勻且狀態壹致的,那麽聲音在空氣中的速度大小相同,由壹個點傳出的聲波的波前是壹個球面,聲音傳播的方向是和波前垂直的方向即半徑的方向。但是,大氣的溫度與高度有關,而聲音傳播的速度與氣溫有關,所以波前將不是壹個球面,而發生了畸變;相應的,波速的方向也發生了變化,不再是半徑的方向了,而是拐了彎。這種聲音傳播道路拐彎的現象,就是聲波的折射現象。

在地面附近空氣中,聲速c(m/s)和溫度t(℃)成正比關系,可以近似表示為 c=(331.45+0.61t/℃)m?s-1,即大氣溫度每升高壹度,聲速增加約0.61米/秒。白天,在太陽的照射下,靠近地面的大氣層溫度比高處的大氣層的高,也就是近地面的聲速大於高空的聲速。這時聲音傳播路徑折向高空。夜間,靠近地面空氣逐漸冷卻下來了,上空的氣溫相對高,結果高空聲速比地面大,因而聲音會向地面折射。因此,白天,聲音在地面上傳的距離較短;夜間,聲音在地面上傳的較遠。所以詩人們在夜裏就容易聽見遠處傳來的聲音了。

這種聲音傳播的夜間與白晝的差別,在詩人們對各種聲音的感受中得到充分的體現。讀唐詩,我們常可以讀到夜半的鐘聲。

“月落烏啼霜滿天,江楓漁火對愁眠。姑蘇城外寒山寺,夜半鐘聲到客船。 ”這是唐朝詩人張繼的壹首膾炙人口的名詩,被歷代人所稱頌。再如較張繼早的唐代詩人張說在《夜半鐘聲》寫到“夜臥聞夜鐘,夜靜山更響”;還有於鵠的《送宮人入道歸山》詩中的“定知別後宮中伴,應聽維山半夜鐘”;白居易也寫到“新秋松影下,半夜鐘聲後”;溫庭筠有“悠然旅思頻回首,無復松山半夜鐘”;陳羽有“隔水悠揚午夜鐘”。 讀著這許多詩句,我們可以想象,那悠揚的夜半鐘聲,可以從山上傳到客船,可以隔河傳到彼岸,傳的既美麗又悠遠。有時,那悠揚的鐘聲甚至可以隔著壹座山傳到詩人的耳中,皇甫冉在《秋夜宿嚴維宅》中就寫到 “秋水臨水月,夜半隔山鐘。”

唐詩中不僅有這麽多的詩寫到夜裏的鐘聲,還有寫到夜間的笛聲、琴聲。如於鵠的 “更深何處人吹笛,疑是孤吟寒水中”;白居易的“江上何人夜吹笛?聲聲似憶故園春”;皇甫冉也有“鄰笛哀聲急,城砧朔氣催。芙蓉已委絕,誰復可為媒”。在白居易的另壹首長篇名詩《琵琶行》中,用“秋索索”、“江浸月”等次交代季節後,他寫道 “忽聞水上琵琶聲”,然後 “尋聲暗問彈者誰”,說明白居易同那位彈琵琶的人還是隔著壹段距離的,所以需要“尋聲暗問”,最後才得以“千呼萬喚始出來,猶抱琵琶半遮面”。

唐詩中很少有人寫白晝、正午的鐘聲、笛聲、琴聲。不是詩人們喜歡在夜裏寫鐘聲,也不是白天沒有人敲鐘,更不是說夜裏太安靜容易聽到鐘聲,而是因為夜晚可以把遙遠的樂聲送到詩人的耳中,所以才有這麽多的夜半鐘聲。假如有誰讀到了正午的鐘聲,那恐怕是因為他身處寺中吧,即他離聲源很近。

然而,溫度對聲波傳播的影響對詩人創作的作用不僅僅是夜晚和白天的差別。從上面選取的詩句,我們發現這些詩句大多在寒冷的秋季夜晚。這也絕不是偶然。壹年四季的氣溫變化也在壹定程度上影響了詩人的創作。

中國的氣候特點,秋天晝夜的溫差大,所以在秋季的夜裏折射的作用較明顯。同樣,夏天白天由於強烈的太陽輻射,使得地表的溫度急劇上升到壹個較大的值,與高空的低溫形成強烈的反差,也能引起明顯的折射作用。但是,秋天夜裏的折射把遠處的聲音帶到詩人的耳邊,而夏天白天的折射則是把較近處的聲音也帶離了耳邊,所以夏天,尤其是在白天,常常有壹種安靜無聲的感覺。夏日午後的安靜是人人都有所體驗的。這種安靜的味道在詩人的筆下充滿了詩意。

“綠陰生晝靜,孤花表春余”,零星的“孤花”,表明春天到了盡頭,就是春末夏初的時節,在綠蔭下感受到了白天的安靜。宋代的曾幾在《三衢道中》中有 “水晶簾動微風起,滿架薔薇壹院香”,很少人寫菊花之香,卻有很多人寫夏花之香,因為夏天分子熱運動劇烈,香氣常會四處擴散,當然,也只有在夏日的安靜裏,才能把微風的感覺寫的如此透徹。再有杜牧的“靜拂琴床席,香開酒庫門”,就只聞酒香不聞聲了。“蟬鳴林愈靜,鳥鳴山更幽”,夏日林靜得就只聽見蟬鳴了。讀詩句,往往可以感受夏日的寧靜。“泉眼無聲惜細流,樹蔭照水弄輕柔。小荷才入尖尖角,早有蜻蜓立上頭。”只有在夏日的寧靜中,才能聽到泉眼無聲,才能看到尖尖角,才能感受到小小的蜻蜓立上頭,才能有宋代楊萬裏的這首《小池》。

夏天的夜晚是豐富的,到處充滿著各種各樣的蟲鳴鳥叫。所以自然也有描寫夏天夜晚的聲音的詩句,但是,與秋天夜裏的聲音不同的是,夏天寫的常是自然的聲音,也是近處的聲音,如蛙聲、蟈蟈聲等。寫在春天,冬天的有關聲音的詩,由於溫差相對較小,所以折射現象的影響不是那麽明顯。

由於聲音的折射現象與大氣的溫度密切相關。溫度的晝夜及季節性的變化讓詩人創作的有關聲音的作品呈現出壹定的規律。聲波傳播的折射現象在詩歌中的間接體現,不僅讓人感受到物理的無處不在以及對人們生活與情感體驗的息息相關,也讓人感到詩歌這種高度藝術化的文學手段也有著它的物理情結。

“雷聲千嶂落,雨色萬峰來”,這是描寫雷雨的經典詩句,其中包含的聲學知識也是耐人尋味的。雷雨前的閃電只是壹瞬間的事,而壹次閃電之後,往往是雷聲,要持續好壹段時間,這便是詩人筆下的“千嶂落”。“十分瀲灩金尊凸,千杖敲鏗羯鼓催。喚起謫仙泉灑面,倒傾鮫室瀉瓊瑰”,也用到了“千杖敲鏗羯鼓催”來表現雷聲的這種隆隆不絕。

從物理學的角度看待“千嶂落”,它是聲波傳播的折射與反射***同作用的結果。

大氣溫度在對流層隨高度的增加而減小,在平流層則是隨高度的增加而增大,在更高的大氣中間層有隨高度的增加而減小。因此在平流層與對流層之間存在著壹個溫度隨高度的局部極小值,也是聲速的極小值。在聲速極小的這個高度,由於折射的作用,無論怎樣,聲音的傳播方向都會向這個高度的水平線偏折。同時,在平流層與中間層間又存在著壹個溫度局部極大值,也是聲速的極大值,當聲音傳播接近這個高度時,有壹部分會折射返回聲波來的那壹側,猶如波的反射。

除了聲波傳播速度的沿高度變化之外,夏天雷雨前的大風以及富含水蒸汽的雲層使得聲速也沿著水平變化。可見夏天雷雨前的聲速變化是相當復雜的,所以打雷時,在高層大氣的反射所用下,又在低層大氣的折射下,雷聲可以幾次傳入我們的耳朵,而這些雷聲的相互重疊,讓我們感覺雷聲是不間斷的“隆隆不絕”,過“千嶂”後方才“落”下。

從詩人筆下對雷聲的描寫的物理解釋,我們感受到盡管詩人是最富文采與想象力的文學家,盡管詩人的文采馳騁五湖四海,想象力飛躍十萬八千裏,卻也飛不出物理這個如來佛的手掌心。詩歌,無論從內容或形式上,都與聲音有著極其密切的關系。壹首違背了聲波傳播的基本規律的詩,無論它如何的精彩,也站不住腳,不被人接受的糟糠之作,而無法成為經典被世人所傳誦。