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人物

物理与诗心

陈怡

曹则贤

公元759年的深秋,当年近48岁的诗人杜甫于颠沛流离中辗转甘肃陇南之际,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,引发一位物理学家电光石火般的思想共振。从安徽农村考到中国科学技术大学,再从中国科学技术大学去往德国凯泽斯劳滕大学深造,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曹则贤,在这首诗中,不仅读出了盐对生命的意义、盐对自然地理的限制,以及制盐的过程,还由最后一句的感叹“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,是从一条短视频开始的。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“物理学变得好玩儿起来”。在讲台上常常妙语连珠、幽默风趣的曹则贤,正如他的同事、中国科学院物理研究所研究员王文龙所说,是一个以“科学的静水流深”读出“诗句的百转千回”的人。在曹则贤的《一念非凡》《磅礴为一》等著作背后,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”。

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·马蒙泰尔就曾写道:“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,数学和物理是非常枯燥的。在座的同学们,你们可要记住: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。如果一位物理学家到达一定的程度,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,而这是科幻作家难以凭空想象出来的。”也许正因如此,虽然偶尔会被热心的读者提意见,说他的科普作品里有一些一般人看不懂的物理、数学公式,曹则贤还是执拗地坚持在图书里保留它们。他引用杜甫在《曲江二首·其一》里写到的“细推物理须行乐,何用浮荣绊此身”,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,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;又如少年普朗克曾说‘我没想有什么成就,我就是想学会物理’,结果,他成了统计物理学奠基人和量子论奠基人。”

从咖啡环到图灵的缺口苹果

作为一名科学家,曹则贤认为中国古代的许多诗歌写得非常科学。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,早晨如果到黄浦江边去看,或者日落的时候在长江边上看,太阳都是红色的,那么‘白日’会出现在什么时间和地点?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》里写道“大漠孤烟直,长河落日圆”,曹则贤认为,这句诗之所以能成为脍炙人口的名句,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个字就真实地反映了一种自然现象,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?因为地球重力的存在使得空气压力越往上越小,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,都会避免两幢高层建筑之间留一个窄过道的楼房设计结构。”曹则贤分析道。

再比如,武则天在《如意娘》中写道:“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。”曹则贤认为这首诗描述了两个有趣的物理现象。

其一,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,而那个地方又有之前凝视之处未曾出现过的色彩,人的视觉就会自动进行“颜色补偿”,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深而中间淡了。”除了咖啡渍和泪痕,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。“科学史上的名篇《形态发生的化学基础》由并非化学专业的信息学鼻祖图灵在1952年写下。图灵最后咬了一口毒苹果身亡,这也是苹果公司标志的由来。”

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,在他为讲座准备的300多页的幻灯片里比比皆是:

“水银又称快银,英语里面管它叫mercury,mercury是什么?是罗马神话里的信使,这就和快银联系到一起了,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,所以叫它‘快银’。”

“当年哥廷根大学的数学家克莱因写了一本著名的书《高观点下的初等数学》。我们今天应该如何理解杜甫的‘会当凌绝顶,一览众山小’?我觉得这首诗的意义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。”

“《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,就像在上海弄堂里,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,其实容易使人入睡。”

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。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,这就是张若虚《春江花月夜》里‘捣衣砧上拂还来’的由来。”

曹则贤还说:“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,中间就产生了电……”

大概王文龙研究员真的是曹则贤的知音,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。一位数理学养足以让他人望尘莫及的科学家,‘恰好’还有一身的诗意情怀。曹则贤读诗,还懂诗,才能让大家得以跟着他用物理的视角,领略唐诗不一样的美。”

(瑰 意摘自《上海科技报》2025年5月2日) 6N2DXdQfltbq0BvRvGXD1/CrokwQpt5chsM3pCd8xqpCEo/8IBf3XYBPKlED74my

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