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孤帆遠影碧「空」盡— 從光的散射看李白詩句

立報/本報訊 2013.12.01 00:00
(圖/邱偉豪)

■科學月刊

■祁甡(交通大學光電系退休教授)

唐代詩人孟浩然自武昌遠行赴揚州;他的好友「詩仙」李白特來送行,兩人在黃鶴樓道別,李白目送孟浩然搭船東行,寫下了有名的七言絕句:

故人西辭黃鶴樓,

煙花三月下揚州;

孤帆遠影碧空盡,

惟見長江天際流。

其中,「孤帆遠影碧空盡」一句中的「碧空」二字,另有版本寫為「碧山」。近讀張雙英教授的文章(張雙英、沈秋雄等編撰,《中國古典詩歌欣賞系列》初級第四冊,國立編譯館,2004年),他認為「碧空」在內容上顯得比較空泛,不如「碧山」具體。他說:「船越去越遠,最後只剩下一點帆影,終於消失在碧綠的山影下。」但是,如果從物理現象來看,應該是「碧空」較為合理。

以下,我們可以從光在大氣中的散射現象,來判讀這個詩句。在睛朗的天氣,天空是碧藍的;科學家們仔細觀察研究了其中的原因。

1871年,英國物理學家瑞利爵士(Lord Rayleigh)在一篇論文中提到:當光波被遠小於光波長的粒子(如空氣分子)散射時,散射光的強度與其波長的四次方成反比,這就是有名的「瑞利散射原理」(Rayleigh scattering)。短波長的紫、藍色光比長波長的橙、紅色光更容易受到散射;結果,散射光以短波長為主,整體看起來就呈現藍色。經過二十多年的研究驗證,瑞利在1899年,確立了他的推論:「日光經空氣分子的散射,可充分解釋天空是藍的。」

但是在1900年空氣密度被測定後,瑞利的推論產生了矛盾。因為,大氣層的中、下層,密度變高,空氣分子間的距離亦也遠小於光波長。在高密度均勻介質中,只有前向散射光因建設性干涉而繼續前進,其他橫向、後向的散射,均因破壞性干涉,而變得很小,甚至消失不見。因此,日光穿過中、下層空氣時,便不會產生橫向散射光,這時,天空看起來應該是黑的。

不過,後來在1908年至1910年之間,波蘭物理家史摩勒丘司基(Marian Smoluchowski)及物理學家愛因斯坦(Albert Einstein)先後都考慮到空氣分子密度變動對光散射的影響。經過他們的研究,發現分子間橫向散射光破壞性干涉不完全,剩下了部份散射光。這修正了瑞利的理論,也解決了這個矛盾,說明了「碧空」的原因。

我們再來探討「碧山」的問題。如果山近看是碧綠的,根據上述的理論,距離愈遠,綠光逐漸被散射掉,留下青黑色的暗影,遠山如黛是也。所以,遠山不可能是碧綠的。有詩為證:「遠山如黛近巒翠,嵐煙氤氳霧飄飛。孤亭佇立觀自在,萬古長空雲陶醉」。

所以,細究物理現象,李白送孟浩然的這句詩應該是:孤帆遠影碧空盡。而「碧空」也可與詩中最後一句「惟見長江天際流」呵成一氣,勾勒出水天一色的景色,意境深遠,詩中有畫也。

本版內容由台灣立報與《科學月刊》合作出版。《科學月刊》網址:http://www.scimonth.com.tw/

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