沈括 物理学家名人故事

沈括是我国北宋时期著名的科学家，他非常博学多才、功绩卓越，不仅精通天文、数学、化学、地理学、农学和医学，对物理学还有深入考察。他不仅关注了磁学和光学，还研究了声学上的共振现象。沈括深通乐理懂音乐，曾经还写过几十首军歌，更难能可贵的是，他还善于举一反三，能够融会贯通，通过音乐现象和原理启发科学研究。
有一天，沈括和朋友们聚在一起喝茶聊天。一位朋友面露神秘得跟大家说：“最近我家里发生了一件怪事，是这样的，我家有一张琵琶，一直放在一间空屋里没人管他。奇怪的是，有一次，我用少数民族的管乐器演奏燕乐“双调”的时候，在无人动琵琶或其他乐器的情况下，屋子里的琵琶弦自己发出声音应和了，但是要是演奏其他曲调就不会有这个现象。我试了好几次，都是如此，这是不是有什么灵异事件或者我那件空屋子有神秘的妖魔鬼怪啊？“众人听罢纷纷议论起来，讨论此人屋子里是否有邪气或者其他问题。这人越发紧张，担心家里是不是遭遇了什么邪事。沈括在旁边一直微笑不语，有个人对沈括说：你博闻强识，见多识广，你来说说怎么回事呗？”沈括听罢面露从容，他劝这位朋友：“其实这没什么大惊小怪的，只是极为普通的常理而已。因为不同乐器在二十八调中只要有声音相同，就可能发生应和的声音。你所说的琵琶自己会跟着燕乐“双调”发声就是这种现象，这是个非常普通的道理，跟所谓的神灵或妖魔鬼怪没任何关系，别自己吓唬自己了。”其实沈括说的常理，其实就是弦的共振现象。他接着给这位朋友解释说：弦的共振现象，是声学最妙处，因为很多人不知道这个常识，以致于至今也不能奏出最和谐的天籁来，遗憾！”这位朋友听了，大舒一口气，众人也信服了。
沈括的这番议论，并非信口开河。在这个问题上，他曾做了一个有趣的实验：在同一七弦琴上，有宫、商、角、徵、羽、少宫、少商七条弦，少宫、少商各比宫、商高音阶八度音。他放一个剪好的小纸人放在少宫或少商弦上，当拨动宫弦或商弦时，在少宫、少商弦上的纸人就跳动了起来，但是拨动其它音调不同的弦时，纸人却一动不动。沈括又在不同的琴上进行实验，他把将纸人放置在另一个乐器上，当两者的发声频率出现相同时，弹动琴弦时，放在另一乐器相应声调位置上的纸人，便跳舞般地摆动着。
通过这个实验，沈括充分证明了一个道理：当一个发声体发生振动时，与之频率相同的发声体也会随之振动。沈括称这种现象为“应声”，现代物理学叫“共振”。在西方，共振现象是由伽利略在17世纪首先描述的，沈括比他早了五六百年，虽然伽利略在对共振的分析更深入，但沈括在那么早的时代就对对声学现象作出研究，已经非常难得了。