科里奧利力的神奇魔力

馬志飛

桑落洲原本是位于江西省九江市東北部長江拐彎處的一座沙洲，據考證，現位于安徽省安慶市宿松縣匯口鎮轄域，曾是著名的古戰場，東晉義熙六年（410年），盧循領導的農民起義軍在這里大敗東晉北府兵將領劉毅。然而，到了幾百年后的唐朝，這里已經發生了巨大的變化。胡玢在詩中的意思就是：不要去問滄海變桑田的事，你只需看看長江中的桑落洲就會明白了。那上面有幾棟新建的房屋，或許你不曾想到，以前那可是長江流淌的地方。古老的河岸接連不斷地坍塌，對岸的河灘卻在日益增大，看起來好像還沒有要停止下來的趨勢。

細心的人讀到這首詩后可能會思考這樣一個問題：為什么河流的一側在坍塌，而另一側的河灘在增大呢？其實原因很簡單，河水在流動過程中總是朝著低洼處前進，所以它總是繞來繞去尋找最有利的流動通道。河水一邊流動，一邊侵蝕河岸，試圖讓河道變得更寬，即便河岸是堅硬的巖石也難以抵擋流水天長日久的沖刷。特別是河道的凹岸（凹進去的一岸，其對面為凸岸）受到的沖擊力最大。在凹岸處，表層流水沿著邊坡沖向河底，然后攜帶著泥沙流向凸岸，形成彎道環流。河道凸岸的淤積物主要來自于凹岸的沖刷，而且凸岸淤積量與凹岸沖刷量基本保持平衡。如此一來，凹岸逐漸后退，凸岸緊追不舍，河床就變得越來越彎曲。

胡玢筆下生動的詩句向我們展示的不正是河流發展變化的趨勢嗎？用地質術語來說，就是河流的側蝕作用，又稱旁蝕作用、側方侵蝕作用，所造成的結果便是凹岸侵蝕、凸岸堆積。

當我們觀察到河流的側蝕作用，還需要做進一步的思考，究竟是什么力量導致它對河道兩岸區別對待呢？地質學家經過長期觀察，發現了地球上普遍存在著這樣的現象：北半球的河流右岸（河流前進方向的右側）比較陡峭，而左岸相對平緩，在南半球則恰恰相反。原因在于，這背后隱藏著一股隱形力量，名為科里奧利力。

科里奧利力是法國數學家和機械工程師科里奧利在1835年首次發現的，但是直到20世紀初才被國際學術界以他的名字命名，也被稱為地轉偏向力。這是一種由地球自轉產生的神奇力量，它能使水平運動的物體發生方向偏轉，在北半球向右偏，在南半球向左偏。

在法國東南部城市阿維尼翁的羅納河上，有一座被列入世界文化遺產的石橋——圣貝內澤斷橋，該橋距今已有800多年的悠久歷史。最初，圣貝內澤橋全長約900米，寬4.9米，共有22個拱門，但歷經1644年和1669年的洪水之后，僅幸存4個拱門。奇怪的是，被沖毀的部分都位于河流右岸，幸存下來的斷橋位于河流左岸，這成為科里奧利力迫使北半球的河流侵蝕右岸的重要例證之一。

2016年，我國學者宋向陽等考察了長江、嘉陵江、岷江、湘江、贛江等5條河流兩岸城市的分布情況，結果發現在河流右岸的城市居多，共22個，以上海、南京等大中城市為主，左岸城市只有11個，而且經濟發展和人口數量都不如右岸城市。究其原因，正是由于河流對右岸的沖刷更為嚴重，使得河床較深，更適宜作為航道或建設港口和碼頭，進而帶動城市的形成和發展。相比之下，南半球的亞馬孫河流域，河岸左側的大城市更多，經濟發達程度也優于右岸城市。

科里奧利力只能改變物體的運動方向而不能改變物體的運動速度，這種力的大小既取決于物體本身的質量和水平運動速度，還與它在地球上所處的位置有關。它能在地球上大尺度空間內起到重要的作用，例如在大氣層中，能夠卷起熱帶氣旋，在北半球它們都是做逆時針方向旋轉的大型渦旋，而在南半球做順時針旋轉；在海洋中，由于盛行風以及科里奧利力的共同作用，使北半球形成了順時針方向的巨大海洋環流，在南半球則形成逆時針方向的海洋環流。

如果我們不了解科里奧利力，可能會帶來一些麻煩。第一次世界大戰期間，德國在110多千米之外用火炮攻擊巴黎，奇怪的是，打出的炮彈總是向右偏離瞄準目標，炮兵們百思不得其解，后來請專家進行校正才解決問題。無獨有偶，“一戰”期間的德國和英國艦隊在大西洋西南部的福克蘭群島進行大規模的海戰，英軍的炮彈總是打不中德國軍艦。后來才搞明白，原來是英軍犯了一個常識性錯誤，他們在北半球校準過的大炮到了南半球后不再適用。在北半球發射的炮彈總是向右偏，到了南半球卻總是向左偏，偏轉方向完全相反，如果不重新校正，必然使誤差加倍。

對于步槍射擊、射箭等體育運動而言，射擊的精確度主要取決于重力、風向和風速的影響，但是也會受到地域的影響。有學者認為，為了在體育比賽中取得好成績，運動員應當提前一段時間到達比賽場地進行適應性訓練，特別是當日常生活地與正式比賽場地分別位于南、北兩個半球時，更應如此。

很多時候，科里奧利力常?？梢院雎圆挥?，特別是對于一些局部的、微觀的現象，很難用它進行解釋。1962年的一天，美國麻省理工學院的教授謝皮羅在洗澡時偶然發現，排出的洗澡水在澡盆里形成了一個漩渦。后來，他在實驗中發現，每次拔掉澡盆的塞子之后流水都會出現漩渦，而且這些漩渦總是按照逆時針方向旋轉。謝皮羅認為這種現象與地球的自轉有關，并做出推測：這樣的漩渦在北半球呈逆時針方向旋轉，在南半球呈順時針方向旋轉，而在赤道則不會出現漩渦。謝皮羅將自己的研究成果寫成論文發表之后，引起很多人的興趣，大家紛紛在世界各地進行實驗觀察。

然而，很多實驗表明，“謝皮羅現象”并不完全正確。通過計算發現，洗澡盆里的水受到的科里奧利力微乎其微，順時針和逆時針方向的漩渦都有可能出現，學者們認為這主要與排水過程是否受到外力擾動、排水口自身結構的設計有關，并非完全由科里奧利力決定。

有人受“河流右岸侵蝕更嚴重”的啟發，曾提出一種奇怪的養生方法——睡覺時身體呈南北方向的姿勢，能增強流動的血液對血管壁的沖刷，以便去除沉積的膽固醇，防止血管硬化。乍一聽似乎很有道理，但這完全夸大了科里奧利力的作用。還有一種說法，北半球的汽車靠右行駛比靠左行駛更安全，因為北半球的地轉偏向力是向右偏的，可以減小與對面來車相撞的概率。其實這并不正確，迄今為止，并沒有科學證據表明哪種行駛方式更安全。同是在北半球的日本、英國卻習慣于汽車靠左行駛，實際上這種情況與科里奧利力關系不大，主要是歷史遺留習慣而已，比如英國在中世紀的騎士時代，為了方便用右手持兵器與敵人交鋒并讓自己的心臟遠離對手，所以習慣左行原則。