吹出一串肥皂泡,或者雨后看见水洼浮着一层彩,很多人以为泡里加了色素。其实两者都无色透明,彩色是光自己叠出来的。这类颜色叫薄膜色,根源是光的干涉。 科普中国与教材说法一致。
能泛彩的得是又薄又透光的膜,肥皂泡的水膜、水面摊开的油膜、昆虫翅膀也算。它有正面和背面两个面。白光里混着各种颜色的光,照到膜上并不会被染一遍色。看到的红一块绿一块,是某些颜色被留下、另一些被压下去,剩下的光进了眼睛。颜色不在膜里,而在被挑过的反射光里。 同一张膜换个位置,颜色就变。
光是一种波。一束光落到薄膜上,一部分在正面被反射,另一部分穿进膜里、到背面再反射,重新穿出。后面这束多走了一来一回,这段路程差叫光程差。两束光汇合会叠加:波峰对上波峰,这个颜色被加强;波峰撞上波谷,这个颜色被抵消。加哪种、减哪种由厚度和观察角度决定。白光里每种颜色波长不同,同一厚度只让某些相长、另一些相消,膜就显出相应颜色。哪处厚度变了,那里被加强的颜色也跟着换。
别正对一个角度死看,把泡或水洼转一转,同一块地方的颜色会跟着变,这是光程随角度改变,也能确认不是印上去的花纹。盯住一颗肥皂泡,彩纹会缓缓移动扩散,因为液体在流、各处厚薄一直在变。还要留意彩色褪掉那刻:膜薄到一定程度,彩色先消失,泡泡发暗或近乎透明,很快破掉;公开科普描述并不完全一致,共同点是彩色先退场。看水面彩纹只当看现象,浮油终究是油污,别让孩子去沾,也别据此判断水干不干净。
最要紧的一条:这类彩色跟颜料、染料、色素都没关系,膜本身不必带颜色。
误区一,当成彩虹或晚霞。彩虹是光穿过水滴时不同颜色被折向不同方向,晚霞发红是微粒把光拨向四面,都是把白光分开;薄膜干涉是两束反射光叠起来,有加强也有抵消,机制不同。筷子入水像折断、日晕的彩色光环,也都不是这回事。
误区二,和别的条纹、别的变色混起来。手机拍屏幕的波纹是两组细密纹样叠出的摩尔纹;蓝莓果皮白霜是蜡质结构,眼镜鼻托发绿是金属腐蚀;变色镜片靠光照下的可逆化学反应;望远镜镀膜虽是同一原理的工程应用,但挑镜子看的是透光强弱,不是彩纹。撕标签的胶痕、铁锅的油层只是附着物,不会自己泛出流动的彩。
收成一句:薄膜够薄够透明,正背两面的反射光多走一段路,让白光里有些颜色被加强、有些被抵消,厚薄和角度一变,彩就跟着换。眼镜和镜头的增透膜、滤光器,正是反过来利用叠加让反光抵消。没有哪条国家标准规定肥皂泡该是什么颜色,也没有哪条要求水洼必须泛彩,这纯粹是光自己走出来的结果。
所以下次再看见流动的彩,先别找色素,先看那层膜有多薄、你站的角度在哪。