河中石獸會向上遊翻滾嗎
近日讀到一篇新聞報道，說都江堰河道施工中挖到漢代無頭石像。報道說近年一共挖到包括戰國時代都江堰之父李冰在內的5尊石像。有人推測它們可能就是歷史記載中的“三神石人”，但無法確認。報道轉而敘述，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，目前尚未發掘到。對此，民俗學家蔣永志“給出了一個觀點，鐵牛與鐵龜並不在魚嘴下游，而在上游。據他介紹，鐵牛和鐵龜非常重，按照重物在水流中活動的規律，越重的東西可能往上移而不是往下游移。因此，他認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“重物在水流中活動的規律”來自初中一年級語文課本，選自紀曉嵐《閱微草堂筆記》的一篇《河中石獸》，相信科學網大多數人都還大記得。點此可見原文及譯文(連結：中國百科網)
該文大意是說，滄州一座廟裡的石獸，估計是石獅子之類，多年前沉入了河中，下游找了十多里沒找到。廟裡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，因為水會把石像底部朝向上游方向的沙子沖走，形成坑穴，導致石像向上遊滾。故事最後說果然在上游幾里外找到石像。
“河裡的石獅子能向上遊走十幾裡”，你信嗎?但是多數語文老師還會手腳並用，連比帶畫地為那些處於驚訝和渴求知識的幼小的心靈解釋其背後的物理原理。“老水手”，“實踐出真知”嘛。我現在仍然記得當時自己因為無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?這麼重要的一個現象，為什麼多年的學習當中再也沒有遇到過類似的描述?有人質疑過嗎?有人做過實驗嗎?這篇課文仍然在初中的語文課本中嗎?
“實驗是檢驗理論的唯一標準”，真的有中學語文老師做過簡單實驗。在“中國教師梁恕儉”的部落格中《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河中石獸的情景，然後用手挖去一面的沙子，結果呢，磚頭根本不會轉，而是直接整體滑到坑裡，更不可能“滾到上游”。梁老師還畫了一個示意圖，做了石塊的動的受力分，否定了石像向上遊遠距離滾的可能性。有趣的是，他還提到，有位叫吳德鋒的現代作家，在他的《博物記趣》一書中曾記載1980年曾有篇新聞報道說西雙版納的一條河裡有塊巨石在十年間向上遊滾了十多里路，“驗證”了紀曉嵐的記載。但是這篇報道原文卻無法查到，也就是說現代版《河中石獸》的證據無法證實。
事實上，這個問題根本不需要太艱深的物理知識。簡單分如下：首先，老水手的解釋並非完全沒有道理，水中裹攜沙子的激流在石像的下游一側水流突然減速，沙子沉積，的確會阻礙石像向下遊沖刷。此外，因為石獸逆流一面沙子被沖刷而形成坑穴，因此，石像有很大可能會滑倒這個坑穴力。這和上面那個實驗的結果是一致的，也就是說，石像的確可能略微向上遊方向下滑少許。然而，既然是下滑，越陷越深，怎麼可能跑到上游那麼遠的地方呢?那麼，有沒有可能水流不斷晃動石塊，下面不斷有沙子墊高石塊，然後墊高了，又滑下，以至於遊走到上游去了呢?我想這大是每個相信這個神話的人腦中的影象。但是，你想想，這樣的影象不僅要求水的流速不能大到沖走石像和沙子，還要足夠大到能夠晃動石像，對於河床不僅要求不存在溝坎，還要求充滿了細碎的沙子而不是小石頭塊。因為我們知道，一旦一個大石頭塊陷到碎石塊中，會形成十分穩固的結構。能夠破壞這種結構的'水流，多半也能把石頭砂子一起衝到下游去了。結論就是，尋找河中石獸，去下游找，還是在原處挖，需要根據水流速度，沙石沉積，洪頻率綜合考慮。但是，唯獨不可能去上游很遠處打撈。
這篇《河中石獸》如此可疑，也不奇怪，因為它出自紀曉嵐《閱微草堂筆記》卷十六《姑妄聽之》。姑妄聽之?。。。就這麼一篇道聽途說、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，一是因為這篇文章的內容奇特，能夠吸引“閱讀興趣”，另一方面，課本里其它文章絕大多數都是“為賦新詞強說愁”的感性文章，就這麼一篇能和物理知識扯上關係的知性文章，不捨得刪。
這下可好，現在當年的初中生成長為“民俗專家”了，“姑妄聽之”也演變成了“重物在水流中活動的規律”了，開始為長江打撈提供嚴肅建議了。。。
最後，學學謙謹低調的李小文院士的部落格風格，請教一下科學網的各位研究生、教授，專家，
(1) 河中石像，是否有其它可能的原因，導致它向上遊遠距離移動呢?
(2) 如果上述問題的答案是否定的，那麼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?誰來提這個建議呢?
補充後記：“重物在水中往上移動?”
我在做大學化學助教時，有一道學生習題是這樣的，“淘金”所用的物理原理中涉及到的最主要的物理量是什麼?答案是density(密度)。答gravity(重力)是錯的。這是怎麼回事呢?淘金者一般用一個籮筐盛起一籮礦沙，然後浸入水中左右晃動，不斷撇去表層石塊和細小沙粒，而金粒則最後呈現。之所以答重力是錯的，是因為金、石、沙都受到重力，並非將它們分層的根本原因。根本原因是金粒密度大，所以沉於底層，不易被晃動所擾。
這個扯的稍遠，因為我想由這個問題提到一種效應，就是在晃動中，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網友提到的“震動的箱子”一模一樣。那麼，這個現象是不是“民俗學家蔣永志”所說“重物在水流中活動的規律，越重的東西可能往上移而不是往下游移。”? 其實稍加細品，你就會發現，“在水中振動”和“在水流中活動”，是完全不同的兩種情形。在往復振動的水中大石塊上移，這個水體往復的衝擊提供不同大小石塊再分佈所需的能量。然而，在定向的水流中，石塊和沙粒受到持續的同一方向的衝擊，結果被向下遊沖刷，但沙子走得塊，而大石塊走得慢。也就是說，這個石塊“往上移”，是相對於原先待在一起的沙子的，而不是相對於大石塊自己原先的位置!
這其實才可能是民俗學家蔣永志心中所堅信的模糊的“經驗規律”的來源。
進一步思考，當“定向衝擊”代替了“往復衝擊”，石塊“上浮”的效應不再存在，最可能的後果是沙子易被沖走，石塊根基不牢，從而下沉。一旦沉入沙下，你那個水流還能怎麼再衝擊石塊底部的沙子呢?或者回過頭看，既然所有“石塊往上游”討論都是基於水流衝擊石塊腳下的沙子，哪裡來的沙子又把石塊墊到上游去了呢?