河中石獸會(huì)向上游翻滾嗎
近日讀到一篇新聞報(bào)道，說都江堰河道施工中挖到漢代無頭石像。報(bào)道說近年一共挖到包括戰(zhàn)國(guó)時(shí)代都江堰之父李冰在內(nèi)的5尊石像。有人推測(cè)它們可能就是歷史記載中的“三神石人”，但無法確認(rèn)。報(bào)道轉(zhuǎn)而敘述，史載元代治水專家曾造三十噸重的鐵牛，明代曾鑄造五噸重的鐵龜，目前尚未發(fā)掘到。對(duì)此，民俗學(xué)家蔣永志“給出了一個(gè)觀點(diǎn)，鐵牛與鐵龜并不在魚嘴下游，而在上游。據(jù)他介紹，鐵牛和鐵龜非常重，按照重物在水流中活動(dòng)的規(guī)律，越重的東西可能往上移而不是往下游移。因此，他認(rèn)為這幾件寶物不可能在下游，而是在魚嘴上游。”
十之八九，蔣永志的觀點(diǎn)“重物在水流中活動(dòng)的規(guī)律”來自初中一年級(jí)語文課本，選自紀(jì)曉嵐《閱微草堂筆記》的一篇《河中石獸》，相信科學(xué)網(wǎng)大多數(shù)人都還大概記得。點(diǎn)此可見原文及譯文(鏈接：中國(guó)百科網(wǎng))
該文大意是說，滄州一座廟里的石獸，估計(jì)是石獅子之類，多年前沉入了河中，下游找了十多里沒找到。廟里的教書先生說石重沙輕，肯定在原處的泥沙下面。而一老水手則說肯定在上游，因?yàn)樗畷?huì)把石像底部朝向上游方向的沙子沖走，形成坑穴，導(dǎo)致石像向上游翻滾。故事最后說果然在上游幾里外找到石像。
“河里的石獅子能向上游走十幾里”，你信嗎?但是多數(shù)語文老師還會(huì)手腳并用，連比帶畫地為那些處于驚訝和渴求知識(shí)的幼小的心靈解釋其背后的物理原理。“老水手”，“實(shí)踐出真知”嘛。我現(xiàn)在仍然記得當(dāng)時(shí)自己因?yàn)闊o論如何不能理解這些艱深智慧而感到自慚形穢。
然而，這是真的嗎?這么重要的一個(gè)現(xiàn)象，為什么多年的學(xué)習(xí)當(dāng)中再也沒有遇到過類似的描述?有人質(zhì)疑過嗎?有人做過實(shí)驗(yàn)嗎?這篇課文仍然在初中的語文課本中嗎?
“實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，真的有中學(xué)語文老師做過簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)。在“中國(guó)教師梁恕儉”的博客中《你懷疑過“河中石獸”嗎》一文提到，有位教師把磚頭放到沙子上模擬這個(gè)河中石獸的情景，然后用手挖去一面的沙子，結(jié)果呢，磚頭根本不會(huì)翻轉(zhuǎn)，而是直接整體滑到坑里，更不可能“翻滾到上游”。梁老師還畫了一個(gè)示意圖，做了石塊的翻動(dòng)的受力分析，否定了石像向上游遠(yuǎn)距離翻滾的可能性。有趣的是，他還提到，有位叫吳德鋒的現(xiàn)代作家，在他的《博物記趣》一書中曾記載1980年曾有篇新聞報(bào)道說西雙版納的一條河里有塊巨石在十年間向上游翻滾了十多里路，“驗(yàn)證”了紀(jì)曉嵐的記載。但是這篇報(bào)道原文卻無法查到，也就是說現(xiàn)代版《河中石獸》的證據(jù)無法證實(shí)。
事實(shí)上，這個(gè)問題根本不需要太艱深的物理知識(shí)。簡(jiǎn)單分析如下：首先，老水手的解釋并非完全沒有道理，水中裹攜沙子的激流在石像的下游一側(cè)水流突然減速，沙子沉積，的確會(huì)阻礙石像向下游沖刷。此外，因?yàn)槭F逆流一面沙子被沖刷而形成坑穴，因此，石像有很大可能會(huì)滑倒這個(gè)坑穴力。這和上面那個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是一致的，也就是說，石像的確可能略微向上游方向下滑少許。然而，既然是下滑，越陷越深，怎么可能跑到上游那么遠(yuǎn)的地方呢?那么，有沒有可能水流不斷晃動(dòng)石塊，下面不斷有沙子墊高石塊，然后墊高了，又滑下，以至于游走到上游去了呢?我想這大概是每個(gè)相信這個(gè)神話的人腦中的圖像。但是，你想想，這樣的圖像不僅要求水的流速不能大到?jīng)_走石像和沙子，還要足夠大到能夠晃動(dòng)石像，對(duì)于河床不僅要求不存在溝坎，還要求充滿了細(xì)碎的沙子而不是小石頭塊。因?yàn)槲覀冎溃坏┮粋�(gè)大石頭塊陷到碎石塊中，會(huì)形成十分穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。能夠破壞這種結(jié)構(gòu)的水流，多半也能把石頭砂子一起沖到下游去了。結(jié)論就是，尋找河中石獸，去下游找，還是在原處挖，需要根據(jù)水流速度，沙石沉積，洪澇頻率綜合考慮。但是，唯獨(dú)不可能去上游很遠(yuǎn)處打撈。
這篇《河中石獸》如此可疑，也不奇怪，因?yàn)樗鲎约o(jì)曉嵐《閱微草堂筆記》卷十六《姑妄聽之》。姑妄聽之?。。。就這么一篇道聽途說、連古人都不信的文章，在2013年人教版初中語文教材修訂中，在大量的增刪中，竟然得以保留。我猜想，一是因?yàn)檫@篇文章的內(nèi)容奇特，能夠吸引“閱讀興趣”，另一方面，課本里其它文章絕大多數(shù)都是“為賦新詞強(qiáng)說愁”的感性文章，就這么一篇能和物理知識(shí)扯上關(guān)系的知性文章，不舍得刪。
這下可好，現(xiàn)在當(dāng)年的初中生成長(zhǎng)為“民俗專家”了，“姑妄聽之”也演變成了“重物在水流中活動(dòng)的規(guī)律”了，開始為長(zhǎng)江打撈提供嚴(yán)肅建議了。。。
最后，學(xué)學(xué)謙謹(jǐn)?shù)驼{(diào)的李小文院士的博客風(fēng)格，請(qǐng)教一下科學(xué)網(wǎng)的各位研究生、教授，專家，
(1) 河中石像，是否有其它可能的原因，導(dǎo)致它向上游遠(yuǎn)距離移動(dòng)呢?
(2) 如果上述問題的答案是否定的，那么初中語文課本給出這樣一篇明顯違反物理基本原理的文章，要不要建議教育部從課本中刪去?誰來提這個(gè)建議呢?
補(bǔ)充后記：“重物在水中往上移動(dòng)?”
我在做大學(xué)化學(xué)助教時(shí)，有一道學(xué)生習(xí)題是這樣的，“淘金”所用的物理原理中涉及到的最主要的物理量是什么?答案是density(密度)。答gravity(重力)是錯(cuò)的。這是怎么回事呢?淘金者一般用一個(gè)籮筐盛起一籮礦沙，然后浸入水中左右晃動(dòng)，不斷撇去表層石塊和細(xì)小沙粒，而金粒則最后呈現(xiàn)。之所以答重力是錯(cuò)的，是因?yàn)榻�、石、沙都受到重力，并非將它們分層的根本原因。根本原因是金粒密度大，所以沉于底層，不易被晃�?dòng)所擾。
這個(gè)扯的稍遠(yuǎn)，因?yàn)槲蚁胗蛇@個(gè)問題提到一種效應(yīng)，就是在晃動(dòng)中，有同樣密度的石塊和沙子，沙子不斷下沉，而石塊不斷上浮。這和5樓socoolsohot網(wǎng)友提到的“震動(dòng)的箱子”一模一樣。那么，這個(gè)現(xiàn)象是不是“民俗學(xué)家蔣永志”所說“重物在水流中活動(dòng)的規(guī)律，越重的東西可能往上移而不是往下游移。”? 其實(shí)稍加細(xì)品，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，“在水中振動(dòng)”和“在水流中活動(dòng)”，是完全不同的兩種情形。在往復(fù)振動(dòng)的水中大石塊上移，這個(gè)水體往復(fù)的沖擊提供不同大小石塊再分布所需的能量。然而，在定向的水流中，石塊和沙粒受到持續(xù)的同一方向的沖擊，結(jié)果被向下游沖刷，但沙子走得塊，而大石塊走得慢。也就是說，這個(gè)石塊“往上移”，是相對(duì)于原先待在一起的沙子的，而不是相對(duì)于大石塊自己原先的位置!
這其實(shí)才可能是民俗學(xué)家蔣永志心中所堅(jiān)信的模糊的“經(jīng)驗(yàn)規(guī)律”的來源。
進(jìn)一步思考，當(dāng)“定向沖擊”代替了“往復(fù)沖擊”，石塊“上浮”的效應(yīng)不再存在，最可能的后果是沙子易被沖走，石塊根基不牢，從而下沉。一旦沉入沙下，你那個(gè)水流還能怎么再?zèng)_擊石塊底部的沙子呢?或者回過頭看，既然所有“石塊往上游”討論都是基于水流沖擊石塊腳下的沙子，哪里來的沙子又把石塊墊到上游去了呢?
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