物理|析萬物之理——光影交匯的絢麗之美

物理：判天地之美，析萬物之理。

黑夜給了我黑色的眼睛，我卻用它尋找光明。沒錯，只有光的存在，才能讓我們看到這個絢麗多彩的世界。目之所及，均是美景，那為什麼會有這絢麗的色彩呢？可見光包含七種不同的波長，每種波長都對應一種顏色，即赤橙黃綠青藍紫。我們能看到哪種顏色的光，就是哪種顏色的光被物體反射後進入我們的眼睛，而其它顏色的光均被吸收掉。顏色三基色RGB，任何兩種顏色混合又會有新的顏色表現，所以我們看到的世界是如此的絢麗多彩。

下面我們一起感受一下大自然裡的那些光影交匯的絢麗之美吧！在欣賞的過程中，分析其中的物理原理。

藍天白雲

空氣中存在著大量微小粒子，比如空氣中的各種氣體分子等，太陽光遇到這些氣體分子時，有些光子就會被吸收。一段時間之後，分子又會釋放出另一個光子，放出的光子和吸收的光子顏色相同，但是方向改變了。雖然所有顏色的光子都會被吸收，但是頻率高的藍色光比頻率低的紅色光更容易被吸收。這個過程被稱為瑞利散射。由於空氣中存在瑞利散射，陽光在大氣中傳播的途中，偏藍色的光更容易發生瑞利散射而被偏折到了與陽光原來傳播的方向不同的方向上。於是，我們就算不直對著太陽看，而是朝天空中的其他方向上看，也總有被空氣分子散射的光子（更多的是藍光）射入我們的眼睛，於是就看到了藍天。而對於雲來說，是大量的小水滴或小冰晶聚集在一起的，尺度遠多於波長，所以太陽光在照射後會發生米氏散射，所有的光都能被看到，所以仍然為白色。

夕陽無限好

夕陽無限好，只是近黃昏。我們能看到紅色的晚霞，那為什麼晚霞又是紅色的呢？和藍天一樣，同樣是散射的原因，因為傍晚的時候太陽馬上就要落山了，相當於斜入射，同樣由於波長短的部分更容易被散射掉，而波長較長的紅光部分不容易發生散射，即紅光部分具有更強的穿透力。這就是為什麼我們看到的朝霞和晚霞都是橘紅色的。

七彩彩虹

彩虹是因為陽光射到空中接近球形的小水滴，造成色散及反射而成。陽光射入水滴時會同時以不同角度入射，在水滴內亦以不同的角度反射。當中以40至42度的反射最為強烈，造成我們所見到的彩虹。造成這種反射時，陽光進入水滴，先折射一次，然後在水滴的背面反射，最後離開水滴時再折射一次，總共經過一次反射兩次折射。因為水對光有色散的作用，不同波長的光的折射率有所不同，紅光的折射率比藍光小，而藍光的偏向角度比紅光大。由於光在水滴內被反射，所以觀察者看見的光譜是倒過來，紅光在最上方，其他顏色在下。

多彩的花

前面提到，我們能看到什麼顏色就是什麼顏色的光被反射到我們的眼睛裡，那麼五顏六色的花朵之所以能呈現不同的顏色，也是在花朵表面發生不同顏色光的反射。例如，我們看到一朵小黃花，並不是這朵花本身是黃色的，而是其表面對黃光進行反射，而對其他顏色的光進行吸收，黃色波段的光被反射到我們眼睛裡，我們就認為這朵小花是黃色的。

五顏六色肥皂泡

為什麼肥皂泡看起來是彩色的呢？其實，肥皂膜本身是無色的，就像一張透明的玻璃紙一樣，陽光在肥皂膜的正面和背面都會產生反射。當陽光穿過正面，遇到了背面，立刻反射回來；反射回來的光線回到正面，又會引起一定的反射。陽光是由7種單色光組成的，如果在肥皂薄膜的某一處恰好使得兩股反射回來的紅光相互抵消了，在這個地方看到的就是失去了紅光的陽光，看上去就是藍綠色。而在另一部分，某種色光得到了加強，呈現出來的就是另一種顏色。肥皂泡就是這樣把陽光分解，呈現色彩斑斕的圖案。

紅色血月

血月，就是我們平時所說的天空出現紅色的月亮，血月是一種奇觀。紅色月亮一般是發生月全食的時候會出現的。這是因為濃厚的大氣層把紫、藍、綠、黃光都吸收掉了，只剩下紅色光可以穿透過來。月全食時的紅月亮也是同樣的道理，大氣層將紅色光折射到月球表面上，所以我們仍然能看到在地影裡，紅紅的月亮掛在天空中。

絢麗極光

極光是一種絢麗多彩的等離子體現象，極光的產生主要是由於太陽帶電粒子流進入地球磁場，在地球南北兩極附近地區的高空，夜間出現的燦爛美麗的光輝。地球的極光是來自地球磁層或太陽的高能帶電粒子流（太陽風）使高層大氣分子或原子激發（或電離）而產生。極光常常出現於緯度靠近地磁極地區上空，一般呈帶狀、弧狀、幕狀、放射狀，這些形狀有時穩定有時作連續性變化。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。