漫談古詩中“山月隨人歸”的視覺成因

王樂鐺

(福建師范大學物理與能源學院 福建 福州 350117)

古詩詞是中國古老的文學體裁之一，它高度凝練了當時的社會生活.一首詩通常是詩人思想情感的集中體現，其鮮明的節奏與優美的形式使人讀來朗朗上口.古詩詞是我國傳統文化的瑰寶之一，在教學中(尤其是文科教學)具有較高地位.然而留心發現，其實古詩詞中也蘊含著豐富而有趣的物理現象，但其大多是對自然現象的簡單描述.傳統文化中的科學以現代物理去“思辨”，是實現傳統文化與物理教學相鏈接的有效方式[1].《完善中華優秀傳統文化教育指導綱要》一文中指出：地理、數學、物理、化學、生物等課程，應結合教學環節滲透中華優秀傳統文化相關內容[2].因此，古詩詞作為優良的文化載體，其與物理學的有機融合，不僅是感性認識與理性認識相互滲透的良好方式，也能有效豐富教學內容.

下面筆者就以李白的《下終南山過斛斯山人宿置酒》為例，對其中存在的視覺現象進行探討，原文如下：

暮從碧山下，山月隨人歸.卻顧所來徑，蒼蒼橫翠微.相攜及田家，童稚開荊扉.綠竹入幽徑，青蘿拂行衣.歡言得所憩，美酒聊共揮.長歌吟松風，曲盡河星稀.我醉君復樂，陶然共忘機.

詩中講述了一段月夜訪友的故事.暮色蒼茫之下，詩人循著月光與青山一路走來，沿途經過蒼翠橫斜的山路，見到友人后賓主相得、樂飲酣歌，直到星光稀微.這是一首寫景、敘事與抒情融為一體的優美田園詩.

在這首詩中，“山月隨人歸”的現象也許不陌生，尤其在月明星稀的夜晚，當我們行走在路上，會感覺月亮跟著我們一起運動.正因為這樣的視覺效果，即便是行走千里之遙仍不會感覺到月亮有所變化，古人常借此抒發思鄉之情，因此月與鄉愁便詩意般地結合在了一起.其他詩人也對該現象作出了類似的描述，如：

“渚云低暗度，關月冷相隨.”——崔涂《孤雁》

“回看天際下中流，巖上無心云相逐.”——柳宗元《漁翁》

“美人邁兮音塵絕，隔千里兮共明月.”——謝莊《月賦》

“但愿人長久，千里共嬋娟.”——蘇軾《水調歌頭》

“海上生明月，天涯共此時.”——張九齡《望月懷遠》

然而實際上，運動與靜止都是相對而言的，只有當我們選定一個參照物時，建立在該參照物之上的運動才有研究意義.我們在肉眼觀察月球時通常是以自身為參照物的，那么相對于我們自身，月球應該是運動的才對.究竟是什么原因造成了“山月隨人歸”的視覺效果呢？

不妨想象一下自己坐在一輛加速向前的公交車上，通過觀察窗外的景物，可以看到眼前的路面、路邊的行道樹、稍遠一些的樓房等物體正在向后運動著，并且越是離自己近的物體其向后運動的速度就越快.這說明相對運動產生的視覺效果是和距離有一定關系的.如圖1所示，假設兩個物點都處于人行走的位移的中垂線上，當人走了一段距離后，物點與人眼所連線段相應地掃過一個角度θ，物體離人越遠，θ就越小；當物體無窮遠時，θ趨于零.也就是說在無窮遠處幾乎可以認為物體與自身是保持相對靜止的[3].當然，現實中的情況是復雜多變的，可能存在物體與人同時運動的情況，或人的位移方向的變化等，在這里為研究方便對圖示做了簡化，暫且只考慮理想狀況.

圖1 相對運動產生的視覺效果與距離的關系簡化圖

我們知道，月球是繞地球公轉的.月球公轉速度約為1.023×103m/s，如果將地球等效成球體來看，其各緯度的自轉角速度均等于赤道上的角速度.假如某個人位于赤道處，赤道的線速度約為465 m/s，而月地相距約3.8×108m，在較短的時間和行走距離內，可以近似認為月球在我們無窮遠處，且與我們保持相對靜止，所以,才會感覺它隨著我們一起運動[4].

以上是從距離的大小分析該視覺的成因.除此之外，參照物也會影響觀測效果.由上文可知：研究相對運動需要先確定參照物.尤其是在月明星稀的夜晚，當失去了周圍的景物作為參照時，我們很難分辨月亮是否相對于自己發生了運動.如果換做參照物較為明顯的白天，情況則不一樣.月球的公轉速度比地球自轉速度大得多，在時間間隔較長的條件下，細心觀察其實還是可以感受到位置的變化的，就好像太陽的東升西落一樣.

值得一提的是，在天文觀測中，因北極星相對地球的位置幾乎是固定不動的，所以人們常用它來辨別方向或研究星體的運轉.北極星的位置之所以如此“穩定”并非距離遠的緣故，而是由于北極星剛好位于地球的轉軸上.假想一下我們正坐在旋轉木馬上，觀察旋轉木馬轉軸上的任意一點，無論木馬轉到哪一個位置，我們的目光總是偏離相同的角度.在有合適的參照物的前提下，我們自然是感覺得到自身與轉軸的相對運動的，事實上我們每天都坐在地球這一個“大型旋轉木馬”中，因缺乏參照物，地球的自轉我們無法感知，所以北極星在我們眼里基本上是靜止不動的.

由于參照物的不同所產生的不同視覺效果是非常有趣的現象，比如大多數人坐火車時可能有過這么一個經歷：當一輛火車以相同的速度與己方火車并排而行時，如果對方突然加速前行，在只以對方為參照物的前提下，即便是知道自己也在向前運動，我們仍然會有后退的感覺.

參照物以及自身運動狀態都不同，也會產生“悖于常理”的視覺效果，再如我們所熟知的太陽東升西落的現象，這是我們相對于地球靜止且以地球為參照物時的觀測結果.假設一個飛機在赤道附近以與地球自轉相同的速度自東向西飛行，如圖2(不計公轉的影響)，以太陽為參照物，則飛行員所觀察到的太陽是靜止不動的；但如果飛機以大于地球自轉的速度仍然自東向西飛行，以自身為參照物，則飛行員觀察到的太陽則是“西升東落”的.

圖2 飛機在赤道附近飛行時速度與太陽位置關系分析

結合以上分析，“山月隨人歸”這一看似平常的視覺現象[5]，其實有多種客觀成因，有時還與人的主觀感覺有關.善于挖掘古詩詞中的物理之美，是溝通文理的重要橋梁之一.