這些世間色彩奇觀，你都見過嗎？
清晨，當第一縷金色的陽光穿破雲層，照耀到你的身上。一片片翠色慾滴的樹葉向你招手，一簇簇鮮紅的花朵向你微笑……你抬頭仰望湛藍的天空，相信會被這五彩斑斕的世界打動。你可否想過，這麼多美麗的顏色從何而來？顏色背後又蘊含著怎樣的物理知識呢？
1. 什麼是顏色？
顏色是人眼對不同波長的可見光的感知。光是一種電磁波，可見光則是波長範圍在380~780nm內的電磁波，超出這個範圍的光波人眼看不見，例如紫外線和紅外線。
不同波長的可見光進入人眼後，被視網膜上的視錐細胞收集並轉化成電信號，進而被大腦感知成不同的顏色信息。例如，波長在540nm左右的光被大腦識別為綠色，而波長650nm左右的光被大腦識別為紅色。
顏色是人類慢慢進化出的對不同可見光的主觀感受，很多動物則沒有人類的這種天賦，狗狗眼睛裡的世界就是黑白一片的。而有的動物的辨色能力則比人類的還要強，孔雀就可以看見人看不見的紫外線。
顏色知覺的存在大大豐富了我們眼中的世界，人類一切的審美均基於此，這是上天賜予我們的無比珍貴的禮物。
2. 火彩虹
火彩虹是一種發生在大氣層中罕見的自然現象，看起來就像是在天空中自發燃燒的彩虹，極為絢麗奪目。
彩虹就是太陽光被小水滴色散後形成的美麗景象。相比於雨後的彩虹，火彩虹則罕見得多。它一般發生在太陽位於高角度位置，其光線穿過高海拔帶有較多冰晶的捲雲層形成的情況下。捲雲層中的冰晶正如三稜鏡一樣，折射太陽光使不同顏色的光波分離開來形成絢麗的彩帶。由於太陽光線射入空氣中冰晶體的角度必須維持在某一特定值範圍內，才會產生出這種特殊的彩虹效果，所以火彩虹非常罕見。
3. 幻日
傳說在古代有十個太陽，草木皆枯，人民苦不聊生。堯命令后羿射下九個太陽只保留一個，這便是后羿射日的神話故事。這是中國最早的幻日記載。幻日不是神話，也不是一種不祥之兆，而是一種自然界的光學現象。
原來，當雲層中存在許多六邊形薄片狀的小冰晶，並且這些小冰晶的排布跟地面大致平行的時候，陽光就會從薄片的側面射入，經過兩次折射後射出，跟原來的方向偏轉了大約22度。於是，這樣的折射就會在太陽的左右兩側各22度的地方，形成兩個幻日。
這兩個幻日實際上是太陽的虛像，只有中間的是真正的太陽。由於折射有色散的作用，幻日通常是七彩的。
4. 發光的眼睛
很多夜行動物擁有一雙在夜裡會發光的眼睛，它們雙眼射出一道幽光，令人不寒而慄。我們人類的忠實伴侶貓恰好就具備這種能力，不過不要擔心，它們並非被魔鬼附身，也並非眼中有發光的細胞，而是其眼底有一層可以反光的膜狀結構，叫做照膜。
照膜位於視網膜的後方，可以將透過視網膜的部分光線重新反射回視網膜上，讓視網膜上的感光細胞二次接受光的刺激，從而提高了對光線的利用率，因此貓在黑暗中的視力比人好得多。
我們看到的貓眼發光其實就是照膜反射回來的光。雖然夜晚的光線很暗，但是貓的瞳孔很大，可以收集非常多的微弱光線並將其反射回來，因而我們就會看到黑暗的背景下閃閃發光的眼睛啦。
5. 熒光海灘
初夏的夜晚，漫步在沙灘上，海風攜著浪花，一遍遍地拍打著海岸。如果你不仔細看，可能都不會發現浪花之中閃動著光芒。當然，這並非真的是天上的星星墜入凡間，而是海洋中一些能夠發光的生物聚集在一起，造就了一個夢幻的熒光海灘。這些發光生物以甲藻類生物為主，這是一類非常原始的單細胞藻類，它們的發光細胞中含有熒光素、熒光素酶這兩種發光物質。
熒光素在熒光素酶的催化下發生氧化還原反應，並伴隨著電子的躍遷，發射出可見光。還有很多生物擁有發光的本領，如像一把傘的發光水母，通體熒光點點的螢烏賊，晶瑩剔透的磷蝦，它們在夜晚為大海點綴上非凡的色彩，堪比夜空里的星星。
6. 變色龍
變色龍之所以能夠迅速地改變體色，通常的觀點認為，變色龍通過色素細胞的舒張和收縮調和成不同的顏色。
然而，最新的研究表明，事實並非如此。各種生物所表現出的顏色可分為兩大類：化學色和結構色。化學色是由生物體內的各種色素引起，諸如黑色素，血紅素，葉綠素，胡蘿蔔素，等等，它是生物體內實實在在的顏色。結構色又稱物理色，它們由特定波長的光線與某些納米級的結構發生散射、干涉或衍射等作用產生。
變色龍能夠變色正是因為它們真皮細胞表面的一層虹細胞，通過改變這一細胞層內部的鳥嘌呤納米晶體的排列結構，變色龍就可以實現顏色的變化。當光入射到這些納米晶體上時，不同波長的光在特定方向上干涉增強，其他波長的光由於干涉被削弱，變色龍因此顯現出絢爛的體色。同樣，變色龍通過改變虹細胞中的納米晶體的排列結構，反射出不同波長即不同顏色的光，從而實現變色。
準確地說，變色龍應該叫變形龍，它對虹細胞內的納米晶體結構的精確調控比起變形金剛來要厲害得多！同樣因為結構顯色的還有蝴蝶的翅膀。
7. 霧凇
在我國北方的松花江岸邊，每到冬天，你會看到「忽如一夜春風來，千樹萬樹梨花開」的美景，這就是聞名的吉林霧凇。這其實是凝華的物理現象。凝華是氣態物質遇冷轉變為固態物質的物理過程。
冬天的松花江水和地面溫差常在30℃左右，江水與空氣之間產生了巨大的溫差，松花江源源不斷釋放出的水蒸氣遇到兩岸冰冷的樹木，便凝華形成白色鬆散的冰晶，這就是霧凇。
人類經過千萬年的進化擁有了顏色知覺，因此我們眼中的世界並非真實的世界，而是經過大腦處理附加上了顏色信息的世界，聽起來是不是非常的有趣。更加有趣的是色彩背後深刻的物理知識，掩藏在美麗的表象後等待發掘。這一切都在告訴我們，你所見到的並非一定理所當然，主觀臆想並不可取，勤于思考和嚴謹的科學探究才是發現真理的唯一途徑。
（本文出自《知識就是力量》雜誌2015年11月刊《物理之眼，看「色」奇觀》一文，作者：王梓 明海）
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※跑鞋裡的高科技，你還真未必知道？
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