穿越时空的“纤绳之问” 陪同杨振宁院士考察三峡逸事

文 | 林初学　编辑 | 田宗伟

杨振宁院士在三峡大坝坝顶 摄影/刘华

在春光明媚的时节，著名物理学家杨振宁院士一行来三峡工程参观，我有幸陪同，与同事一起向杨先生介绍工程建设运营情况。杨先生96岁高龄，很健谈，对工程问题有兴趣了解，头脑条理清晰，提问中有思考。大家都乐于接待这样的工程参观者，以轻松自然的互动交流方式，在应答中解答来访者最想了解的事情，同时也顺着话题把自己最想让来访者知道的事情告知对方。杨先生在三峡展览馆与集团主要领导座谈，听了三峡工程及三峡集团情况介绍后，欣然题写感言“三峡工程是人类历史上一个亮点”。

接待中安排了“两坝一峡”内容，自葛洲坝上船，溯流而上，参观西陵峡东段，沿线介绍抗战时世界著名坝工专家、美国垦务局总工程师萨凡奇到三峡考察选择坝址的情况。在船上，时间稍宽余些，杨先生除了继续询问与三峡工程以及水利、能源等相关事宜外，还谈起他小时候及就读西南联大时的往事。登船时杨先生曾问湖北公安在何处，我们指向下游方向，他解释说在清华研究院完成硕士论文的导师王竹溪老师就是公安人，并深情地讲到正是硕士生时被王竹溪先生引入了统计力学研究，为以后进入大展身手获取诺贝尔奖的研究领域提供了机缘。

资料照片。1946年美国《生活》杂志摄影师拍摄的三峡木帆船 翻拍/ Hleeow

船行进入南津关，恰逢习近平总书记视察长江乘坐的“长江一号”执行完任务后返航，与我们的船齐头并驶了一段，大家站上甲板兴奋地拍照。末了讲起葛洲坝、三峡成库后峡江航道条件的极大改善，杨先生忽然问道，三峡还有没有什么地方可以看到纤夫拉纤的情形，我说纤夫已随木帆船改机动船而消失很多年了，可能个别支流的旅游景点还有示意性的表演。回到船舱坐下，杨先生向我们讲述他小时候随家人从安徽家乡出来，看见江南水路交通的情形。他说，纤夫们拉着船前行的那个场景留下的印象很深，在他记忆里，纤夫拉着的纤绳好像是系在桅杆之上。杨先生说，这么些年脑海里留下的问题一直未解：纤绳为什么不是系在船头呢？听了杨先生的描述，我才明白了他问能否看见纤夫拉船，与一般人不同，他是想印证和弄清儿时留下的问题。我也试图打开小时候的记忆，发现我已没有准确印象纤绳系于何处。我在金沙江岸边长大，有好多年如歌中所唱“听惯了艄公的号子，看惯了船上的白帆”的亲身经历，但与科学大师一比，立马就觉出差距了，既没有杨先生那样打小时就有的细微的观察力，更缺少把童稚时期的未解之问留在脑海持久思考求解的强烈求知欲。记忆不清，也没思考过，对杨先生的问题一时难以回答。

船行至灯影峡靠岸，岸边正是抗日战争时期被比作“东方的斯大林格勒战役”的石牌保卫战遗址，中国军队在此重创日军，粉碎了日军沿峡江西进进攻重庆的企图。前些年这里复建了第六战区江防司令部及国民革命军十一师师部，还修建了纪念碑、纪念馆，是湖北省国防教育基地和宜昌市爱国主义教育基地之一，五星红旗和青天白日出现在同一场景，有着独特的历史感和时代感。杨先生饶有兴趣地站在甲板上，以岸边景物为背景拍照留念，记下这个画面。杨先生在船上休息之际，我们登岸到纪念馆参观。说来也巧，走进纪念馆门口不远，战役态势示意图旁边，有一张旧时三峡行船的照片赫然在目，画面是峡江里一只单桅杆的帆船，纤绳系挽的位置看得比较清楚，确实不是系在船头，而是系在桅杆上。我用手机拍下照片，回到船上说与同事听，大家都觉得太神奇了，一是感叹杨先生儿时的观察力、记忆力准确，二是好像谁知道有今日之问而把答案预放在那里等待揭晓！其实，这张旧照片与三峡工程也真有一点关系，它是在萨凡奇计划披露后，国民政府拟与美国合作开发三峡消息传开，美国《生活》杂志赶派摄影师前往三峡进行拍摄留下来的珍贵影像之一。

返回船上，我给杨先生看了照片。照片虽印证了杨先生“纤绳未系船头”的儿时记忆，回答了知其然的问题，但要知其所以然，也只提供了线索。于是，在巨匠级物理学家见证下，一场讨论展开：为什么纤绳不系在船头？大家依照直观判断，加上回忆中学物理讲授的力学知识予以应用，不长时间就有了基本的解答。最直观的道理是，纤绳若简单系于船头，位置太低，很容易被河边的岩石或障碍物别住，时不时需要拣挽（即由拖后的一位纤夫去把纤绳抬起来越过障碍）。从受力的角度，帆船靠风帆鼓起，以风为动力通过桅杆传至船体推动船行，而无风或风力不足时靠纤夫人力牵引，纤绳的着力点也应与鼓帆时的着力点基本一致，所以纤绳系于桅杆而不是船头。参与讨论之间，一个想法闪现在我脑海，把这段故事写成花絮分享，再加上一个标题党的句法“诺贝尔物理学奖得主思考了八十余年的力学难题，在三峡半日破解”，点击率一定很高。我如此闪念给大家一说，众人皆乐。

石牌抗日纪念馆 摄影/ 林初学

待到我真动手记述这段故事，还是感觉若想说清楚写明白这个为什么，需要更仔细的分析。我回忆起杨先生当时听我们讨论的神态，似乎并不是百分之百满意的样子。我上网查了地方水运资料里面关于拉纤的描述，发现纤绳的高低还可以通过装在桅杆顶部的滑轮调节，能提升起来避让较高的障碍物。进一步细致考察，实际上纤绳是以一个三角形与桅杆连接的，三角形一个顶点在纤绳上，两个顶点分别在桅杆上上部和下部，边长可以调节、形状可以变化。这样，不管纤夫是沿接近江面的纤道上平拉，还是在高出江面的坡道上斜拉，通过三角形的形状变化，可以保持纤绳传递的水平分力最大，而垂直分力均被船自生重量抵消，不产生于船正常前进不利的转矩。另外，如果纤绳系在船头，当遇曲折岸线，纤夫在纤道上拉行的方向与船行方向形成较大夹角时，由于着力点不在船的重心附近，拉纤产生的侧向分力会形成力矩使船头偏转，而需要舵工大力搬舵去抵消转向的力矩，而纤绳系于桅杆，桅杆位置靠近船的重心，就不会产生使船头偏转的力矩。总之，纤绳之问，看似简单，也需要专门写篇作业，附几张照片，对不同情形，配上力的分解图片予以说明，才能回答清楚。

石牌保卫战遗址 摄影/ 林初学

纤夫拉纤是造访三峡者常问及的事，问答间往往引人怀旧，感慨时代跃进世事沧桑。而由纤夫问及纤绳系法，引出一次力学的讨论，杨先生乃是第一人。后来，我同集团青年员工学习习近平总书记视察北大对青年人“爱国、励志、求真、力行”的寄语时，举了杨先生纤绳之问为例言证何为“求真”。这种求真的品质，是科学人文素质中很宝贵的部分，可以让我们奋斗忙碌追逐梦想之时，保持人与生俱来的那种探究事理的天性，于观察思考中发现自然的美妙，从格物、致知到欣赏、敬畏的过程中感受幸福、建立信念、获得力量。杨振宁院士在其新书《晨曦集》中形容，可以使得人类对自然有新的认识（的发现）本身就是美，“是从事科学研究的人最倾倒的美”。科学研究如是，工程创造也一样，作为三峡建设者，我们期待着在克难攻坚、求知创新中追求、领略到更多科学的美、造物的美。