劉夕慶

竹子屬禾本科竹亞科多年生常綠植物，在自然科學(xué)和人文學(xué)科中都具有一定的研究?jī)r(jià)值和影響力。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形態(tài)及材料屬性，讓它在人們的心目中產(chǎn)生一種“別具一格”而又“多才多藝”的感覺(jué)，再加上天然的構(gòu)造和性質(zhì)，讓它也和人類(lèi)的許多科學(xué)文化現(xiàn)象聯(lián)系了起來(lái)。

植物界的鋼鐵

竹，又名竹子。其品種繁多、生長(zhǎng)速度快，且分布廣泛，在亞洲、非洲、美洲都有自然分布。它們的形態(tài)、生長(zhǎng)機(jī)制、繁殖策略等生態(tài)適應(yīng)特征都是與環(huán)境長(zhǎng)期適應(yīng)而進(jìn)化的結(jié)果。作為地球上重要的森林植被資源和優(yōu)良的速生豐產(chǎn)物種，竹子具有良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益，對(duì)促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)有著重要的影響。

雖然竹子是一種應(yīng)用價(jià)值很高的禾本科植物，且具有許多讓人印象深刻的植物特點(diǎn)（例如雨后春筍的生長(zhǎng)速度令人吃驚等），但竹子也兼有不少其他植物所沒(méi)有的物理學(xué)，特別是它主干部分多種獨(dú)特的物理特性讓人們演繹出了許多文明故事，也導(dǎo)致了竹子在生產(chǎn)、生活與科學(xué)文化等多方面的實(shí)際運(yùn)用。

就拿我們最為熟悉的竹竿來(lái)說(shuō)，它是一種屬于變形體的彈性體，其特征為：在外力作用下物體變形，當(dāng)外力不超過(guò)某一限度時(shí)，除去外力后物體即恢復(fù)原狀。但是，絕對(duì)彈性體是不存在的，物體在外力除去后的殘余變形很小時(shí)，我們一般就把它當(dāng)作彈性體處理了。竹子就有這樣一種性質(zhì)，直到現(xiàn)在，許多地方還保留著將竹子作為彈性體，利用扁擔(dān)（一般選用毛竹制作）的彈性負(fù)重并將其擔(dān)在肩上忽上忽下運(yùn)送東西的習(xí)慣（參見(jiàn)小學(xué)語(yǔ)文課本中家喻戶曉的名篇《朱德的扁擔(dān)》）。

從物理結(jié)構(gòu)的視角觀察，竹節(jié)的天然構(gòu)造使之形成了竹節(jié)間中空、竹節(jié)處實(shí)心的特殊結(jié)構(gòu)，為了研究竹節(jié)對(duì)竹子力學(xué)性質(zhì)的影響，科學(xué)家們對(duì)竹子進(jìn)行了拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲實(shí)驗(yàn)，并分析了三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所得的應(yīng)變值數(shù)據(jù)，研究竹子在拉伸、扭轉(zhuǎn)、彎曲三方面的力學(xué)特性，得出了竹節(jié)對(duì)竹子力學(xué)特性的關(guān)鍵影響：在軸向拉伸過(guò)程中，竹節(jié)處的應(yīng)變和非竹節(jié)處的應(yīng)變與非竹節(jié)處的面積和竹節(jié)處的面積之比相同;竹節(jié)起到減小拉伸應(yīng)力的作用，竹節(jié)處抗拉能力增強(qiáng);在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中，竹節(jié)處纖維膨脹，沿軸向和垂直軸向均產(chǎn)生應(yīng)力，竹節(jié)處抗扭能力減弱;在彎曲過(guò)程中，竹節(jié)處的抗彎界面系數(shù)較大，竹節(jié)處抗彎能力增強(qiáng)。在欣賞上頁(yè)圖及左側(cè)兩幅畫(huà)作時(shí)，你便會(huì)發(fā)現(xiàn)在觀察和寫(xiě)意竹子上就強(qiáng)調(diào)和反映了這些生物學(xué)中的物化特質(zhì)與特性，它們?cè)谥亓惋L(fēng)力等作用下所呈現(xiàn)出的彈性體形象一目了然。

竹畫(huà)中的科學(xué)密碼

中國(guó)是竹子的原產(chǎn)地之一，竹子自古以來(lái)就是中國(guó)的文物標(biāo)志。“竹”作為一種文人精神的象征，在文人畫(huà)中占有重要地位。中國(guó)元代是以文入畫(huà)得以勃興的時(shí)代，“竹”成了元代繪畫(huà)中的一種普遍母題，幾乎所有元代的重要畫(huà)家都能畫(huà)竹，并對(duì)多品種竹子進(jìn)行描繪，且都有重要的竹圖傳世。竹之所以受到文人的青睞，是由于竹子具有高風(fēng)亮節(jié)的氣息，同時(shí)還具有物理力學(xué)上可稱(chēng)頌的高強(qiáng)韌性——人文學(xué)科與自然科學(xué)在竹子的這種精神蘊(yùn)含中產(chǎn)生了交集，其影響直到現(xiàn)代。

中國(guó)清代文人、畫(huà)家鄭板橋所創(chuàng)作的竹畫(huà)就蘊(yùn)藏有一定的科學(xué)密碼：自然之竹是客觀存在的，畫(huà)家看到眼里的竹實(shí)際上已和自然之竹有所區(qū)別了，通過(guò)加工、主觀處理，就會(huì)形成胸中之竹，這就是所說(shuō)的意在筆先。

等落到紙上，轉(zhuǎn)化為手中之竹，“手中之竹”就成為畫(huà)家所創(chuàng)的一個(gè)“第二自然”，胸中之竹和手中之竹都是眼中之竹的升華，概括地說(shuō)就是畫(huà)家把眼睛看到的客觀形象，經(jīng)過(guò)大腦的意象處理，最終經(jīng)過(guò)技術(shù)加工、物化為典型的藝術(shù)形象。

實(shí)際上，鄭板橋的藝術(shù)理念給出了一個(gè)重要的數(shù)學(xué)概念：映射。他營(yíng)造了三個(gè)空間：客觀空間、主觀空間和模型空間，并指出這三個(gè)空間的對(duì)象（竹）之不同，通過(guò)這些對(duì)象在三個(gè)空間中的關(guān)系（函數(shù)），建立起這些對(duì)象的聯(lián)系（映射）。在我們今天看來(lái)，他給出了一個(gè)完整的建模過(guò)程：有定則（基本原理，主要矛盾，對(duì)象特征），有化機(jī)（形式變換，作者興趣，可能想象），而這個(gè)過(guò)程與我們現(xiàn)在的科學(xué)研究思想高度重合：眼中之竹——客觀實(shí)體;心中之竹——抽象概念;手中之竹——應(yīng)用模型。這一創(chuàng)作程式簡(jiǎn)直就是人文學(xué)科與自然科學(xué)在治學(xué)上貫通一氣的美談。

鄭板橋一生寫(xiě)竹、畫(huà)竹，更酷愛(ài)詠竹。他筆下的竹詩(shī)意境雋永，蘊(yùn)含很強(qiáng)的哲理性。在提筆作文時(shí)，我們常常會(huì)想到他的“刪繁就簡(jiǎn)三秋樹(shù)”——這種簡(jiǎn)化至抽象的過(guò)程實(shí)際上蘊(yùn)含了現(xiàn)代科學(xué)中“還原論”方法的特點(diǎn)：它將高層次還原為低層次、將整體還原為各組分加以研究。當(dāng)科研注入了簡(jiǎn)化元素后就可能體現(xiàn)出其精簡(jiǎn)的抽象威力，尤其在物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科中最為突出。

悠悠千載，人竹共生

竹子是集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益于一體的優(yōu)良物種，具有強(qiáng)烈的生理整合能力和特殊的種群生長(zhǎng)更新特點(diǎn)。尤其是在東方，它天然的植物特性造就了它特殊而廣泛的實(shí)用性。如產(chǎn)于斯里蘭卡和印度的印度麻竹是世界上最高的竹子，其高度經(jīng)常超過(guò)30米，簡(jiǎn)直就是“竹中之王”，另外，這種竹子的直徑可達(dá)16-23厘米，鋸下一節(jié)就能制成一個(gè)小水桶。此外，利用竹子的特性和材質(zhì)制作的文化產(chǎn)品更是比比皆是，比如竹簡(jiǎn)書(shū)、竹扇、竹畫(huà)等，我們可以從下面這幾幅繪畫(huà)中一窺究竟。由此可見(jiàn)，竹子在書(shū)籍閱讀、樂(lè)器聲學(xué)和藝術(shù)繪畫(huà)等方面都大有用途。

世界竹子生產(chǎn)地的先民們?cè)谥褡优嘀病?yīng)用以及欣賞過(guò)程中逐漸形成了一種文化現(xiàn)象，我們現(xiàn)在簡(jiǎn)稱(chēng)之為“竹文化”。就拿“中國(guó)竹文化”來(lái)說(shuō)，它是指竹子為先民提供了豐富的衣、食、住、行、用等生活用品和各種生產(chǎn)資源——人居竹，竹環(huán)居，人竹共生;情寓竹，竹賦情，情竹相融。人類(lèi)在與綠竹的情感互動(dòng)中孕育升華，極大地推進(jìn)了中華民族哲學(xué)、文學(xué)、美學(xué)和博物科學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，鑄就了中華民族的浩然正氣，形成了豐富多彩的竹文化。

延伸閱讀

對(duì)于竹文化及其博物學(xué)，世界上有專(zhuān)門(mén)的會(huì)議來(lái)研討，比如2009年第8屆世界竹子大會(huì)的議題包括竹子與環(huán)境、資源種植與保護(hù)、竹子生物學(xué)與分類(lèi)學(xué)、竹子園藝、竹子與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、竹子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與竹子工業(yè)、竹子材性和竹子建筑與工程等，內(nèi)容涉及了竹子種質(zhì)資源（生物多樣性）、竹子育苗與竹林培育、竹林生態(tài)、竹子加工、竹子建筑、竹子貿(mào)易以及關(guān)于竹子分子生物學(xué)的基礎(chǔ)研究等。目前，世界竹子組織（WBO）每3～4年召開(kāi)一次世界竹子大會(huì)，旨在分享世界最新竹子科學(xué)研究和開(kāi)發(fā)的成果，加強(qiáng)國(guó)際同行之間的交流與合作，促進(jìn)竹子資源種植、推廣和開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)竹子產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展。迄今為止，世界竹子大會(huì)已舉辦了幾屆，第12屆世界竹子大會(huì)將于2021年6月在云南省昆明市嵩明縣舉辦，這是首次在中國(guó)舉辦的世界級(jí)竹子盛會(huì)。

竹文化豐富而獨(dú)特的精神內(nèi)涵影響著中國(guó)人的審美意識(shí)和道德倫理，也深刻影響著中國(guó)園林藝術(shù)的發(fā)展。據(jù)文獻(xiàn)記載，早在周朝時(shí)期中國(guó)皇家園林就開(kāi)始種植竹子;漢代的上林苑、永安宮等皇家園林均有種竹的記載;唐宋兩代園林用竹已十分普遍，竹子造園進(jìn)入一個(gè)全龠時(shí)期。竹文化以其特有的藝術(shù)風(fēng)格和審美情趣，為人們帶來(lái)了無(wú)限的詩(shī)情畫(huà)意，具有極高的觀賞和科技應(yīng)用價(jià)值。比如中國(guó)古典園林的設(shè)計(jì)非常講究植物配置，竹子在其中充當(dāng)了極其重要的角色，中國(guó)古典園林中幾乎沒(méi)有不用竹子來(lái)造景的，可見(jiàn)竹文化在中國(guó)的延綿。

（責(zé)任編輯/岳萌 美術(shù)編輯/周游）