作者序

笔者供职于中国科学院物理研究所，平时喜欢阅读诗歌以及一些其他形式的文学作品，算得上一个非常非常喜欢诗歌的平庸科学家。一个偶然的机会，可能是我作为一个物理学工作者的习惯使然，我意识到一些打动人心的诗歌其内容必是合理的。诗歌是讲究美的文学形式，也是讲究综合性指标的文学形式，合理性应该算佳作的指标之一。好诗之为好诗的理由千差万别，但不合理的肯定不算好诗。于是，我着手用物理的视角去读唐诗，并试着把由此而来的感悟写下来，遂有了这本《物理视角读唐诗》。撰写此书时我给自己立下的宗旨是，用科学的眼光看诗歌，让诗意带上科学的色彩。

一个学物理的人谈诗歌，人们可能会感到惊讶。在我们社会的认知中，会强行把诗歌归入文科，把物理归入理科，而且认定文理之间应该是井水与河水那样的关系，两不相犯。长期以来，理科人也不敢在人前承认我们偶尔也读读诗歌。我觉得，关于这个问题有必要澄清几点。首先，诗来自生活，是一种特别自然的表达方式。在如今这个工业化了的、技术发达的时代，虽然大白话是今天口头语和文本的缺省值，但是诗词依然有强烈的感召力，每一个自然人都能感知到诗歌的感染力。若情境合适，人们也无惧从自己的口中飞出诗意的语言。也许每一个张飞、李逵的内心里都藏着一个张继或者李白。其实，李逵和李白之间能有多远的文学距离呢！今天，任何人对诗歌感兴趣都是合法的，理应受到法律的保护。第二，作为一个学物理的人，我小时候是念过几句诗的。其实，学别的专业的朋友小时候也是念过几句诗的。长大了，被生活蹂躏久了，许多人就放弃了诗歌欣赏的兴致，但也有少部分人还保持着偶尔读诗的习惯。物理上，我们管这种行为叫惯性。惯性， inertia，这是伽利略-牛顿-爱因斯坦理论的主角。我们大家一定要尊重惯性，除非您是超人，能零距离刹车。我们这些不是专业文化人的成年人如果偶尔还读读诗，甚至兴致高了自己还胡诌几句，也不要太害羞，因为这都赖惯性。惯性，是物质的普适的性质，世间万物概莫能外。我们不是文化人，但我们可以作为文化边缘人来热爱文化，这总是可以的。我们这些不是文化人的成年人读诗写诗，这和成年人尿炕一样，说起来有点儿不好意思，但绝对都是可以原谅的。第三，我想说说物理和诗的关系。物理学本身是诗意的，好的物理学家也是满怀诗意的。如果你以为物理是枯燥的、干巴的，这要么是因为你没学到物理，要么是因为你就是看物理不顺眼就想自费贬低它。关于物理学的诗意，我说不好，大家可以抽空念个理论物理博士以后自行体会。我可以举例说说一些物理学家的诗人情怀。戴逊（Freeman Dyson，1923—2020）、杨振宁先生（1922— ） 似乎不写诗，但他们的文章也都是非常诗意的。巨擘级的物理学家，如麦克斯韦（James Clerk Maxwell，1831—1879）、玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann，1844—1906）、哈密顿（William Rowan Hamilton，1805—1865）、外尔（Hermann Weyl，1885—1955）、薛定谔（Erwin Schrödinger，1887—1961） 等，都是不错的诗人，连海森堡（Werner Heisenberg，1901—1976） 这样拙于文笔的物理学家都写诗。哈密顿，这个每一刻都有人在书写的伟大名字［超过牛顿（Isaac Newton，1642—1726）］，年轻时和英国著名诗人柯勒律治（Samuel Taylor Coleridge，1772—1834）可是笔友，一辈子都在感叹他的数学和物理天赋耽误了他当诗人。外尔，一个数学全才，规范场论的创始人，其在The Classical Groups（古典群）这本物理学家必读的数学书之序言中的一段诗 

The gods have imposed upon my writing the yoke of a foreign tongue 

that was not sung at my cradle.

Was dies heissen will，weiss jeder，

Der im Traum pferdlos geritten.

征服了世界上多少自以为有文化的才子。这段诗第一句是英文（上苍给我的写作套上外语的枷锁，那不是对着我的摇篮哼唱的语言），第二句是德语（那是怎样的一种感觉，梦到自己胯下无马还一路驰骋的人啊都知道），如何信达雅地转译这首诗我就不装模作样费功夫了。这段数学家用双语创作的诗给了我很大的启发。我们的汉语，我们的汉语诗词，太美了。可是，如果不能跳出汉语用别的语言作为文化背景来看她，您还真未必能理解她有多美。推而论之，如果我们不能从不同的角度，比如以物理的视角来审视我们的诗歌，我们或许会错过很多动人心魄的作品，因为我们没能发现其之所以动人心魄的理由。以物理的视角看诗歌，可以（下意识地）注意到诗歌中表示的世界是否真实。知道诗人曾真实地观察过他努力要表达的世界，方知好诗何以为好诗。

唐诗之价值首先在于其体现了人类语言之优美所能达到的巅峰，其影响之所以能历经千年而不衰就在于其内蕴的美。唐诗之美，能够自然地拨动每一个炎黄子孙的心弦。唐诗是我们炎黄子孙文化基因之最独特的一段，一些广为流传的诗篇简直可以用于身份的查验。唐朝是诗歌鼎盛时期，《全唐诗》收录诗歌达五万余首。一首诗，能够“不假良史之辞，不托飞驰之势，而声名自传于后”（曹丕《典论·论文》），为此要满足的一个不可或缺的条件是“合理”，即合乎自然之理。诗歌体现美学的传承与智慧的传承。诗人是明白这个道理的。杜甫的一句 “物理固自然”，笔者以为此可为物理这门学科的定义，应该写入我们的物理教科书。

诗写什么？无外乎景、情、事、理。写景要美，写情要感人，叙事要条理清楚，喻理则要见高明之处。能糅合景-情-理使之交融无痕的，那是诗人中的翘楚。不管写景、抒情还是说事儿，总归合理才好。因此，我们读诗的时候，有点理工科思维习惯未必是坏事。如果从理工科的角度去读某些诗篇，会发现别有韵味。随手举个例子说明之。试读武则天《如意娘》：

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。

如果我们知道看朱成碧同光谱学和视觉有关，而且联系着我们民俗的许多方面，而泪落石榴裙则联系着咖啡环效应，是刑侦学、印刷术等技术领域的重要课题，我们就会相信武则天借助此诗所传达的情感之真切所在。一切的真实，都是合理的。

有人说读诗不要去较真，艺术玩的就是虚构，艺术的本质就是创造。然而，我不太相信那连常识都不放在眼里的虚构能有什么艺术的价值。那些能够刻入文化基因的诗作，即便是唐诗这种千年以前没有自然科学的时代的纯文字产出，也体现作者超乎寻常的观察自然的能力，令人惊叹。笔者撰写本书的一个收获是，我发现一些诗作的文学意义下的解读不着四六，而当我们用物理的眼光去解读时，会发现人家诗作里的事实、逻辑与用词都是自洽的，比如薛能的《行路难》。 用物理的眼光还可以避免对唐诗的胡乱解释，尤其是今日之不事稼穑、远离生活者所给出的解释。一千多年前的唐朝诗人，他们只想着把情与景尽可能忠实而又优美地表现出来，应该没想到有一天学问还要分成理科与文科，估计他们也不太会赞同理科的人不会写诗，而写诗的人可以不会推导公式。唐朝的诗歌中没有数学公式，是因为那个时代没有数学公式而不是诗人或者诗歌与数学公式犯冲。数理巨擘哈密顿一辈子都在努力当个诗人，而大文豪歌德（Johann Wolfgang von Goethe，1749—1832） 还是一流的科学家，这才是文化的常态。

唐诗流传至今已逾千年，今天的世界早已不是唐朝诗人眼中的世界。今天的人们看祖先的文化遗产，自然会采用先辈不曾拥有的视角。对于唐诗这样的依然影响着我们日常语境的文化瑰宝，今天的人们从意想不到的角度去解读她也是情理之中的事儿。当我看到网上有人把 “白日依山尽，黄河入海流” 写成了“白 θ 依 ω 尽，黄河λ海流”， 我真为那灵光的闪现感到惊讶。作为一个物理学工作者，笔者是在不知不觉中开始用物理的眼光看待诗歌等文学作品的。用物理的视角去看唐诗，会受到物理水平和文学水平的双重局限，自然免不了有牵强附会的地方，但就算是荒唐，那也是一份对祖宗文化遗产的敬意。

物理学本身也是一种语言， 与数学这门语言不同，物理是一门讲究诗意的语言。 物理学家写的论文也是文章， 物理学家写论文也讲究韵律与审美，也有“两句三年得”的心酸，故而物理学家与诗人间也可“心有戚戚焉”。 借助本书我想向读者朋友们证明，物理的眼光看唐诗，所见更多，也会有独特的收获。千年前祖宗们创下了唐诗这份辉煌的文化瑰宝，千年后我用我粗浅的物理知识强为之解，此固未必是祖先遗产之幸，然实为在下个人之趣乐也。倘有童子六七人览此书后于中也能略窥堂奥，不亦善举哉？

本书自《全唐诗》择取明显含有同物理原理或者概念相关联的词句的唐诗共43首作为主题（实涉60余首），从物理的视角提供一个粗浅的解读，偶尔会有所引申。因为是仓促间写就，故书中留有不少的缺陷。书中提及的诗人生卒年均来自网上，可能有错，仅供参考。另外，一些诗人的生卒年不详，一些作品的归属尚有争议，这些笔者都没有能力确认。谈论诗人的作品，有时难免要引用其他诗作者的诗句以为佐证，本书中提及唐朝以外的诗作者会注明其朝代，未注明朝代的一概理解为唐朝人士。此外，书中涉及的部分诗作略去了“原文大意” 这一环节，可能的原因包括原诗的意思很直白无需解释、待物理解释的句子与其他部分关系不大，以及原诗太长等。特别地，对于如张若虚的《春江花月夜》这样的作品，人人耳熟能详，哪里又用得着我来解释字面上的大意？ 

笔者明知自己才疏学浅，故对这本书的意义及效果不敢有任何奢望，只是偶然想到了这一出便急切地做了尝试，庶几因着态度的虔诚不至于辜负唐诗这千年前老祖宗为我们积攒的文化财富。在用物理视角读唐诗的过程中，反正我个人收获不少，对一些疑难字词章句有了合乎物理的因而我相信是正确的理解。读者朋友如果因为阅读了拙著也能自物理的视角增添一分对唐诗的理解，甚或捎带着还补充了一些物理常识，笔者将倍感荣幸！ 

是为序。

作者

2024年7月18日于北京

引子     杜甫诗与物理

杜甫（712—770），字子美，号少陵野老，是唐代伟大诗人之一，与李白合称“李杜”。 杜甫的诗作极多，宋时有《杜工部集》，收录杜甫诗作1405首。杜甫被后世尊为“诗圣”，其影响非常深远，比如他的《茅屋为秋风所破歌》因被收入当代中学语文课本而几乎为所有中国人所知晓。 有人论杜甫诗，称其为“诗史”，这是看到了杜甫诗作之现实主义的一面，这其中犹有史学价值的当数他的“三吏”（《新安吏》《石壕吏》《潼关吏》）与 “三别”（《新婚别》《垂老别》《无家别》）。令人惊讶的是，杜甫诗作中不乏包含“物理”一词的作品，他甚至为“物理”这门学科提供了最正确的定义。

杜甫对物理的定义见于《盐井》一诗：

卤中草木白，青者官盐烟。

官作既有程，煮盐烟在川。

汲井岁榾榾（gǔ），出车日连连。

自公斗三百，转致斛六千。

君子慎止足，小人苦喧阗（tián）。

我何良叹嗟，物理固自然。

这首《盐井》描述了用木制水车从井中汲取卤水、用大锅煮盐的场景，以及后续官盐买卖中的曲折，最后引出了 “我何良叹嗟，物理固自然”的感叹。食盐，学名氯化钠（NaCl），是生命的必需品，因为生命自水中来，而水体中一般来说会溶解足够多的矿物质，特别是氯化钠。地表上的水大部分是咸的，淡水是例外。陆地上如人类这样的大型动物饮用淡水，但是又要规律地摄入盐分，其对盐的需求的优先级不亚于对食物本身的需求。滨海地区可以用海水晒盐，内陆地区则是从盐矿、盐湖获取盐。如果地下水的盐分够高，则可以凿盐井汲水煮盐——把卤水烧开让水分蒸发掉，盐就结晶出来了。这首《盐井》诗，杜甫有自注“盐井在成州长道县，有盐官故城”，这应该是在今甘肃天水地区。过去由于运输能力太差，任何稍微远离盐产地的地方都缺盐，因此盐是极珍稀、极昂贵的生活物资。盐业官办，官方渠道流通的盐即是官盐；有官办就有走私，走私渠道流通的盐即是私盐。盐业是一个理解人类历史特别是有经济行为以来的演化过程的重要窗口。不管官盐、私盐，倒手就要加价，因此才有了诗中的这句 “自公斗三百，转致斛六千”。 以一斛五斗论，这一次倒手价格就涨到四倍之多。对这种事儿，有啥好感叹的呢，事理儿本就是这样的啊。杜甫诗中的“物理”一词，应分开作 “物-理” 解。物，指实在的存在，理则是指存在之间的关系、存在所遵循的原则，后者可谓之道。

杜甫的这半句 “物理固自然”， 笔者以为可以作为物理学这门学科的中文定义。不妨就把“物理”依中文字面理解为 “存在⊕存在之道”。 近代物理学来自西方，西语中的物理（意大利语的fisica，德语的 Physik，法语的physique，英文的 physics）都是对希腊语φυσις 的转写。而φυσις 恰是大自然的意思。我们现在一般把英语的nature 翻译成 “自然”，这是误解，nature 一词本意与生殖、生长有关，nature在很多地方对应我们汉语的“禀赋，生来就有的特征”的意思。唐代钱起的《过瑞龙观道士》有句云“灵山含道气，物性皆自然”，笔者斗胆将其英译为 The nature of matters is of all physics。物理学的nature（生来的秉性）就是它囊括万物，世间一切存在都是物理学的研究对象。物理就是关于大自然的学问 （我们的小学有“自然”课算歪打正着？），倘若逢人问起“什么是物理学”，诸君不妨借用杜甫的诗句就回答 “物理固自然”好了。

杜甫诗作中多次使用“物理”一词，他不仅提供了“物理固自然”的定义，还指出了物理学者应有的情怀以及学习、研究物理时应有的态度。杜甫在《赠郑十八贲》一诗中有“高怀见物理，识者安肯哂”句。虽然杜甫原意也许是要说 “（郑贲的）高尚品格属于本性天然”，但后人宁愿将之曲解为 “品格高尚方得见事物之理趣”。有一副广为流传的对联 “高怀见物理，和气得天真”可资为证。杜甫还为我们指明了学习物理、究问物理时的正确心态，见于其《曲江二首》之一，诗曰：

一片花飞减却春，风飘万点正愁人。

且看欲尽花经眼，莫厌伤多酒入唇。

江上小堂巢翡翠，苑边高冢卧麒麟。

细推物理须行乐，何用浮名绊此身。

落下的一片花瓣让人感到春色已减。如今风把成千上万的花瓣打落在地，真让人忧愁。没有兴致了，花却从眼前过；但是，不要因为伤痛多就厌倦喝酒了。曲江边的楼堂里有翡翠鸟作巢，帝苑边高高的坟堆前有卧放的石麒麟。仔细推究存在之理，应该有行乐的心态（别苦着脸），何必让虚名束缚自己呢！

笔者作为一个物理学工作者，因为“细推物理须行乐，何用浮名绊此身”这句而愈加佩服杜甫。杜甫的这句诗，我真心希望我们的老师们把它带进各级课堂，让广大的学子们都能体会杜甫的这种境界。追求学问、追求真理是否非要抱着行乐的态度？那大可以商榷，但是不要追求浮名绊身却是属于高境界的识见。给大家讲个有说服力的实例吧。量子论奠基人、物理学巨擘普朗克（Max Planck，1858—1947）年轻时在慕尼黑大学求学时，教授约利（Philipp von Jolly，1809—1884 ）对他说 “干嘛学物理啊，物理没啥做的啦”。普朗克回答道：“我没想有什么成就，我就是想学会物理。”“我就是想学会物理”， 就是这么朴素的想法，让普朗克后来成了量子论的奠基人、相对论的奠基人和统计力学的奠基人，基本物理常数中的玻尔兹曼常数kB和普朗克常数h都是普朗克引入的。不知道晚年的普朗克会不会说“我没想有什么成就，我就想开创一个新时代！”物理学史上，卡文迪许（Henry Cavendish，1731—1810）、哈密顿、麦克斯韦以及狄拉克（P. A. M. Dirac，1902—1984）等人可以算是素心人，切实做到了 “细推物理须行乐，何用浮名绊此身”。成大学问者，不乏蝇营狗苟之辈，但我相信蝇营狗苟妨碍了他们的成就。默诵杜甫的“细推物理须行乐”以及“高怀见物理”，对照自己这些年来学物理、做物理时的心态，笔者感到实在惭愧，且觉得自己没学会物理这件事儿从物理上讲得通。

杜甫诗作中含有“物理”一词的还有不少。比如，《秋日寄题郑监湖上亭三首》之三 “挥金应物理，拖玉岂吾身”，大意是 “花钱根据需求来，俺哪有拖玉腰金的身段”； 《述古三首》之一里有句 “古时君臣合，可以物理推”，这里的 “可以物理推”意思应是“可以根据存在之道推知”；而在《水宿遣兴奉呈群公》里的这句 “我行何到此，物理直难齐”，请允许我冒昧地把它解为 “我怎么混到这份上了，道理说不通啊”。 “可以物理推” “物理直难齐”，这些短句直接拿来用于当下语境也未尝不可。这几句拿来说物理有些勉强，不再赘述。

多啰嗦一句。杜甫的《夔州歌十绝句》之二有句云 “英雄割据非天意，霸主并吞在物情”。 物情与天意对，可理解为physical situation，这也是研究物理问题时要考虑的内容。不要小瞧了情境（situation）在物理学中的意义，当物理学沾上了analysis situs（情境分析，拓扑学的前身），那就上档次了。