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与芜湖相关的一则古代声学记载

   发布日期:2011/10/16         浏览次数:2725次
 明末清初的著名学者方以智(1611-1671 年),是一位重要的思想家、科学家,在其传世著作《物理小识》中,记录了大量的文献资料以及对相关问题的思考见解,不少内容涉及物理科学,其中一条“奇异”的声学记载直接与芜湖相关。书中记载:“愚尝江上晡出三山峡,即闻澛港,鸠兹之人声。”意思说,我曾经乘船沿江东下,下午四时左右过了繁昌三山峡,就听到了澛港和鸠兹(芜湖)传来的人声。从三山到澛港、芜湖,江面上的直线距离约有二、三十里之遥,即使市井繁华,人声嘈杂,能在那么远处听到吗?换句话说,《物理小识》中这条记载可信吗?如确有其事,又当如何解释?
       首先,我以为应当相信方以智在书中的记载。桐城(枞阳)方氏是理学世家,自其曾祖父方学渐始,即崇尚实学,方以智幼承家训,博学多能,兼通西学,提出“盈天地间皆物也”的命题,主张“物其故,实考之……,类其性情,征其好恶,推其常变,是曰质测。”他的儿子方中通说,他父亲“每有所闻,分条别记,……,采摭所言,或无征,或试之不验,此贵质测,征其确然者耳。”这就是说,方以智对前人的、他人的言论记载,要一一加以试验,看其能否证实,他自己的记载当更加慎重,特别是前述关于江上传声记载是其实闻亲历,不能想当能的轻易否定。
       其次,应当回答的问题是如何根据现代科学来解释这种现象。从声速的速度与温度的关系,以及大气中温度分布的特殊性来说明。物理理论与实际测量数据表明,大气中的声速与温度相关,气温增高,声速增大。声犹如光,是一种波动,在传播速度不同的媒质中传播时会发生折射,因而使其路径弯曲。可以将地面上的大气看成一层又一层的平行空气层,白天在太阳的照射下,靠近地面的一层温度最高,其它各层自下而上逐渐降温,这就使地面附近物体发声时,声音传播的路径会因为连续折射而逐渐向上弯曲,导致声音在地面的传播范围减小,而位于高处的人却容易听到。这种现象在《物理小识》中也有记载:“若高山日暮,闻城市之喧声,以日气佥欠而人静听也。”夕阳西下,地面附近气温尚高,而上层空气温度迅速降低,由于山下城市喧闹声传播路径向上弯曲,加之高山环境安静,因而高山上就可以听到下面的市声。
       要解释方以智的记载必须注意到船所在的江面上与地面上的气温正好相反。在江面上乘过小船或游过泳的人都知道,江水奔流时上下翻滚,波涛起伏,日照之下,水面温度低而江面上方气温高,在江上高度并不大的范围内形成了气温下低上高的温度分布,这种现象在炎热的夏秋季节更为明显,这样就导致地面附近发出的声音传播路径会向下弯曲,声音沿江面直接传播范围扩大。同时,更值得注意的是斜向向上传播的声音,将会在某一高度的空气层中发生反射而折回更远的水面,使声音传播得更远。这种现象与光线在大气中传播时出现的“海市蜃楼”相类似,可以视为声音中的“海市蜃楼”。此外,还由于江面平滑,没有障碍物阻挡声音传播,对声音的吸收也小,故使人声可以在江上传播得更远。据清代道光年向《繁昌县志》记载,从旧县(今新港镇)到三山镇,江中连续分布沙洲,洲与南岸为夹江,三山镇附近曰三山峡,冬春夹江水浅,舟楫走外面大江,夏秋水深江阔,舟楫经行夹江,这就是说,方以智所记舟出三山峡极有可能是江面气温分布差别剧烈的夏秋季节。综上所述,《物理小识》中关于芜湖江面上的“声异”记载,是符合物理规律的,是可以给出科学解释的。这一古代记载及相关的说明,已经收入戴念祖先生所著的《中国声学史》中,1991 年10 月笔者曾陪同戴先生到三山现场考核。
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