TUhjnbcbe - 2024/9/2 18:19:00
日前，多个网友拍摄到奇妙一幕：阳光照射熏香的烟雾，出现梦幻的紫色。这幕“生紫烟”景象是千多年前“诗仙”李白诗句“日照香炉生紫烟”(《望庐山瀑布》)的生动体现。《望庐山瀑布》是小学学生必学必背的古诗之一，诗中关于“生紫烟”的原因，由于涉及较深的传统文化知识和物理知识，老师教学时往往跳过，甚至有老师解释应该是白烟，李白可能因为欣赏瀑布太久眼花看成紫色的缘故。网友实拍“生紫烟”现象(视频截图，图源见水印)其实，此诗是李白细心观察后所写，诗中“生紫烟”景象不但合乎科学事实，还有深刻的文化内涵。要解释这一切，得先从光的传播说起。瑞利散射，蓝色天空学过初中物理的人都知道，太阳光通过同种均匀介质时沿直线传播，反之传播方向就会发生改变。由此，太阳光进入成分复杂且不均匀的大气层后，会跟空气分子、尘埃、气溶胶等介质相撞，从而产生散射。与直射、反射、折射、衍射等一样，散射也是一种光学现象。太阳光在大气层中的散射分为两种情况：当它遇到直径比太阳光波长小的空气分子时，会进行选择性散射，其散射强度与波长相关，这种散射叫分子散射;当它遇到直径比波长大的尘埃、气溶胶(大气中悬浮的固态或液态微粒的总称，如雾、烟、霾)等物质时，一定范围的光波会全部被散射(即无选择性散射)，这种散射叫米氏散射。光的散射示意图(视频截图)分子散射里，散射强度和光波长的四次方成反比关系。换言之，光的波长越短，散射越强，反之亦然。这个规律是二十世纪初英国物理学家瑞利发现的，所以分子散射又叫瑞利散射。瑞利散射可以让天空呈现出不同的颜色。众所周知，太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光混合而成的复色光。其中波长最长的是红光，通常约nm(纳米);波长最短的是紫光，通常约nm(纳米)，蓝光次之，通常为nm(纳米)。由于瑞利散射的影响，太阳光经过大气层时，其中的红光由于波长较长，散射较少，因此穿透力更强，通常能够穿透大气抵达地面;而紫光和蓝光由于波长较短，散射较多，穿透力很弱。秋高气爽或雨过天晴，大气中的尘埃和气溶胶较少，阳光在大气分子强烈的瑞利散射下，蓝光和紫光散射到四周甚至布满天空，而人眼对蓝色更加敏感，对紫色感觉次之，所以天空看起来呈蔚蓝色。太阳光光谱(图源：中国科普网)举个例子来形象地解释红光和蓝紫光的瑞利散射。假设身高2.0米的红光和身高1.5米的蓝紫光同时从太空出发，向地球上跑，经过到处都是高约0.5米“石头”的大气层时，红光腿长，可以轻松跳过;红紫光腿短，只能改变方向跑。由于“石头”太多，红紫光要多次改变方向，最终让人感觉布满天空。光的散射强度曲线图(图源：中国科普网)值得一提的是，瑞利散射也被运用到交通指示灯上。用红光作指示灯，是因为大雾弥漫的天气里，红光可穿透雾气，更容易被司机或行人看见，从而减少事故的发生。诗中原由，据实分析瑞利散射让天空看起来很蓝，这种现象是否与“日照香炉生紫烟”有关呢?这得结合《望庐山瀑布》所描述的景象来解释。诗中的“香炉”是指庐山西北的香炉峰，因峰顶尖而圆，形似巨大的香炉而得名。清晨时分，在金色阳光的照耀下，香炉峰升起阵阵紫霞，如同烟雾一般，甚是美观。由此可得出以下三条结论：一是，“紫烟”不是烟，而是紫色的光霞，与网友拍摄的熏香紫烟如出一辙;二是，当天天气很好，少云少雾，空气中颗粒状介质少，所以发生的是瑞利散射，如果当天有雾或多云，空气中有较多较大的颗粒状介质，那么阳光会因米氏散射呈现出白色，诗句也只能是“日照香炉生白烟”;三是，由于香炉峰高耸入云，地形复杂，气流易形成涡旋或湍流，阳光照进它们时，不断产生散射，紫烟效果进一步加强，容易被人观察到。水墨画《望庐山瀑布》(图源：中国风动画网)有人会问，既然瑞利散射让香炉峰上呈现波长较短的蓝光和紫光，而人眼更易感受到蓝光，那李白为何不写成“日照香炉生蓝烟”呢?答案主要有两方面。一是，很可能是李白观看瀑布时，由于特殊的地理环境和气候条件，香炉峰上气流分子的直径和紫光的波长差不多，所以散射光中紫光最强，散射最多，很易被人看到。二是，相对天空而言，香炉峰距离观察者更近，更易看到紫光。网友近距离拍摄到紫色为主的熏香烟雾，也是这个道理。传承文化，情感交融尽管“日照香炉生紫烟”有合理的科学解释，也有网友摄影佐证，但很多去过庐山和看过庐山瀑布的人都没见过“生紫烟”的景象。那为什么李白要把极难看到的景象写进诗里呢?这得从李白的个性及中华传统文化说起。李白被誉为“诗仙”的原因之一，就是他是个修道之人，追求像神仙一样的生活。这种追求体现在诸多诗歌之中。紫色是道家最推崇的祥瑞之色，成语“紫气东来”就是明证。相传，春秋时，函谷关令尹尹喜夜观天象，见有紫气从东而来，不久，道家创始人老子(李耳)果然骑着青牛到函谷关。后来，人们便用“紫气东来”比喻吉祥的征兆，沿用至今;用“紫烟”表示紫色瑞云之意，比如著名的《游仙诗》(东晋·郭璞)里就有“赤松临上游，驾鸿乘紫烟”的句子。追求仙道的李白遥望庐山瀑布，见香炉峰顶烟雾缭绕，恍如仙境，诗兴大发。对他而言，不管是蓝烟、青烟还是其它烟，既然是仙气，那用“紫烟”自是恰当，更何况他细心观察后还真看到紫色的烟霞。由此可知，“日照香炉生紫烟”巧妙借用自然现象来解释传统文化，使这一景象成为科学和文学相结合的典范。这也告诉我们，科学不一定是枯燥的，同样充满诗意和美感。才华横溢的李白不但没眼花，反而观察得很仔细，用心地写进诗里。一千多年后，通过网友近距离拍摄紫色熏香烟雾的事实，我们不仅更深入理解“日照香炉生紫烟”的本质，还从中感受到科学与艺术的交融之美。