陽光下的泡沫，真的是彩色的嗎？

12-26

1、肥皂泡？
2、塑料泡沫

前面的答案大多描述了一些關於干涉的基本概念，但是要解釋這個簡單的現象還需要對干涉有更多的理解。例如按照以上回答的解釋，就會產生一些無法解決問題：

為什麼厚的水-油層看不到類似的干涉現象?
干涉的必要條件之一是波長相同，為什麼寬光譜的白光也有干涉條紋?

實際上這個問題有兩個關鍵點：「陽光」和「薄膜」。假定讀者已經對干涉現象有了初步了解，以下簡單說一下其中的幾個概念，以便將這個問題理得更加清晰一些，窩也當期末複習了：

相干長度，白光干涉，薄膜干涉

首先，通過光的電磁理論容易分析出，理論上的相干條件是：

頻率相同
振動方向相同（或夾角很小）
位相差恆定
考察點處的光程差&<光波波列長度

在實際條件中，光源不可能是完全的單色光源，會有一定的光譜範圍。若是光源光譜帶寬過寬，當不同成分的波長的光疊加在一起時，隨著光程差的逐漸增大，干涉的可見度會逐漸下降，直到各種波長的光完全混在一起，沒有干涉條紋，如下圖所示：

所以，對於實際光源來說，只有光程差在一定範圍內時才能觀察到干涉現象，這樣的光程差稱為相干長度，其對應了光源的時間相干性，表達式是：
$Delta_{max}= frac{lambda^2 }{Deltalambda}$
其中， $lambda$ 是光源的中心波長， $Deltalambda$ 是光源光譜半峰全寬。

那麼，在太陽光照明的情況下，由於在可見光波段的太陽光譜的是寬闊的連續譜，為380nm-780nm，所以運用前述公式可算得其相干長度非常短，接近波長量級，我自己在實驗室測過的一些白光光源的相干長度最多也只是微米量級。所以在白光干涉中能夠觀察到的彩色條紋通常只能是光程差很小的一級彩條紋。

泡沫、肥皂泡膜上的彩色條紋或色塊應該來自於泡沫膜內外表面的反射光的干涉，先按照點光源下等傾干涉的模型推導公式：

光程差為：
$Delta=n_2 (overline{AB} + overline{BC})- n_1(overline{AD})=2n_2 dcos heta_2 pm frac{lambda}{2}$ （半波損失看情況加）
為產生干涉，理論上要求 $Deltaleq lambda^2 /Deltalambda$ 。也就是說，如果要想要在白光下進行薄膜干涉，則薄膜必須非常薄，達到微米量級。並且由於重力或者其他原因，不同區域薄膜的厚度會不一樣；另一方面，在球狀的肥皂膜的不同區域，陽光的入射角也不同，故對不同波長、不同區域會有不同的光程差。按照干涉條件的分析，光程差為半波長的偶數倍時，該種成分的光干涉相長；光程差為半波長的奇數倍時干涉相消。不同光程差的反射光光譜中有的成分得到加強，有的部分減弱，就會顯示出彩色來了。

補一張來自 IEEE Xplore Abstract的圖，模擬了太陽光從頭頂照下來時，干涉圖樣的色彩和肥皂膜厚度之間的關係，橫坐標是肥皂膜厚度，單位為納米。可以看到隨著厚度的增加，干涉圖樣的可見度不斷下降。

下圖左側是肥皂膜的白光干涉（和上一張理論計算的圖頗有相似之處），右側是單色光干涉,：

從圖可以看出來，肥皂膜上部特別薄的部分也可能是比較暗或者白色的。生活中也可能會注意到，當肥皂泡越吹越大到快要爆時，其表面也會變得比較暗或者突然反射白光。這是因為太薄時光程差在零程差附近，不能將光譜分開。不過在生活中很多肥皂泡都是彩色的一大塊，說明其厚度變化不那麼明顯。

定域面與定域干涉

在干涉中，能夠得到清晰條紋的區域稱作定域面。例如在楊氏雙縫那種使用點光源的分波振面干涉中，只要兩束光遇到的區域上就能產生干涉，稱為非定域干涉。而在使用擴展光源的等厚干涉中，只有特定的區域能夠產生干涉現象，稱為定域干涉。定域面對應的實際上是空間相干性的問題。在楔板的等厚干涉時，對不同的入射情況會有不同的定域面P，如下圖所示：

同時膜層的厚度越小，入射角不大時，定域面接近於膜的表面，泡沫膜上的彩色條紋的定域面就是在薄膜表面附近。

一句話總結：
陽光下液體膜的表面的彩色是由於白光干涉導致的，但是產生的條件比較苛刻，只有當液體膜的厚度足夠薄（但是又不能太薄），液體膜的厚度或形狀不均勻，光照和觀察的角度合適時才能出現。

參考資料：
工程光學(第3版) 郁道銀、談恆英
物理光學(第4版) 梁銓廷
圖片來源於網路

-----------分割線-----------
有人說是生活中洗碗那種泡沫是白色的，如下圖：

窩對錶面物理化學基本不懂，以下為推測：
肥皂水容易形成泡沫的原因是液-氣相處的表面張力係數比純水低，大約是不同成分的液體有著不同的表面張力係數，會趨向於形成不同大小的泡泡，而肥皂泡的大小和膜的厚度又有著很大關係。當肥皂泡比較小的時候，肥皂膜的厚度可能就超過了幾個微米，按照前文的論述，就不能形成彩色的圖樣了（相反，上圖中比較大的泡泡的彩色圖樣還是比較明顯的）。而顯白色是由於小泡泡數量眾多，入射光在不同介質面上多次折反射造成的，宏觀定性上看可以認為增加了水的反射係數。

任何只答「表面張力」的行為都是耍流氓

所以有關表面科學的一些問題歡迎戳 @金晨羽的一些回答：
肥皂泡為什麼會破？ - 知乎用戶的回答
為什麼用肥皂水沾過的毛巾在鏡子上擦一擦，擦過這一部分就不會蒙上霧氣了？ - 知乎用戶的回答

-----------分割線-----------
晚上隨手找到了一些有意思的東西，由於肥皂泡的光學模型並不是非常複雜，於是在計算機圖形學中對其進行模擬模擬成為了可能，以下是一些早年的文獻做的結果，挺不錯的：
Soap bubbles. 1. IEEE Xplore
Soap bubbles. 2.IEEE Xplore
Real-time rendering of soap bubbles taking into account light interference. IEEE Xplore

————————————認真回答的分割線————————————

這個是高中的物理知識了，程序猴子借這個機會緬懷一下：

1. 反射

波從一個介質進入另一個介質時，其傳播方向突然改變，而回到其來源的介質。反射角等於其入射角。

示意圖：

2. 折射

光波從一種介質傳播到另一種具有不同折射率的介質時，會發生折射現象，入射光、折射光與界面法線的夾角滿足如下關係：

示意圖：

3. 干涉

干涉是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時發生疊加從而形成新波形的現象。

波的干涉可以是增強，也可以是減弱，這與兩個波的相位有關：

4. 相干性

相干性是指為了產生顯著的干涉現象，波所需具備的性質。

假若兩個正弦波的相位差為常數，則這兩個波的頻率必定相同，稱這兩個波「完全相干」。兩個「完全不相干」的波，例如白熾燈或太陽所發射出的光波，由於產生的干涉圖樣不穩定，無法被明顯地觀察到。在這兩種極端之間，存在著「部分相干」的波。

5. 光的波粒二象性

在量子力學裡，微觀粒子有時會顯示出波動性，有時又會顯示出粒子性，在不同條件下分別表現出波動或粒子的性質。這種量子行為稱為波粒二象性，是微觀粒子的基本屬性之一。

愛因斯坦的光電效應指出，光有粒子性；泊松亮斑指出，光具有波動性。

因此，光也是一種波。

6. 光譜

太陽光呈現白色，是一種混合光，當它通過三稜鏡折射後，由於同一種介質對不同光的折射率不同，將形成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續分布的彩色光譜，覆蓋了波長從大約在390到770納米的可見光區。

7. 薄膜干涉

假設照射一束光波於薄膜，由於折射率不同，光波會被薄膜的上界面與下界面分別反射。一束光線經過介質薄膜的反射與折射，形成的兩束光線是相干光，因此相互干涉而形成新的光波，這現象稱為薄膜干涉。

示意圖：

考慮到半波損失，光線由疏介質進入密介質被反射，光的相位會轉180度。所以光程差為 $Delta =n2 imes (AB+BC)-n1 imes AD+lambda /2$

光線1、2分別是反射光和折射光，如果薄膜的厚度剛好，光程差Δ = iλ時，兩組反射光干涉相長；相反的，當光程差Δ = (i+1/2)λ時，兩組反射光相位相反，因而干涉相消。

一個肥皂泡就是一個薄膜，由於重力的原因，但是它的表面厚度不均勻。而白色光實際上由不同波長的光組成，在同一個厚度處，有的光干涉增強，有的光干涉減弱，在某個厚度處的薄膜就會顯示出某種顏色。因此，不同波長的光在干涉時分離，不同的顏色就從表面上反射出來。（這裡的描述並不嚴謹，請參考這個回答：陽光下的泡沫，真的是彩色的嗎？ - 雲無彼端的回答）

所以，陽光下的泡沫，真的是彩色的。

只要你拿的不是這種泡沫：

註：
1. 以上圖片大部分來自維基百科，自由的百科全書，其餘的來自網路。
2. 中基網-物理首頁
3. 一級基礎科目（一）輔導---薄膜干涉

突然想起，為什麼聽說下雨天跟巧克力更配呢~

第一，對色彩的感知，人覺得一個東西是什麼顏色的，是由從那個物體到人眼的光線顏色決定的。綠色的樹葉，因為其物理、生物結構導致其反射，透射光的其他波長的光被吸收，剩下的光在刺激視網膜時在大腦內形成綠色的信息，所以我們的大腦判斷他是綠色的。

所以說，顏色的出現其實是一個光學現象，經過某一物體後折，反射的光線還剩下哪些波長段，這些光刺激你的視網膜，在大腦形成印象這些波長的光所疊加作用效果的信息。如果在夜晚用紅光照射樹葉，很可能大腦會判斷樹葉是黑色的。

而陽光下的氣泡五彩斑斕，則是光線薄膜干涉的成果。

有關干涉：干涉 (物理學)
有關薄膜干涉：薄膜干涉

肥皂泡的表面是一個厚度不均，逐漸變化的薄膜，在不同的厚度的地方，其厚度的兩倍剛會滿足不同波長光的光程差，於是在不同的區域，某一種波長的光會幹涉加深，也就意味著，人眼在接收到這些光的時候，大腦里就會出現不同的地方顏色不同的現象，也就是五顏六色的肥皂泡。

至於說，這樣由於干涉出現的「肥皂泡是五顏六色的」和「樹葉是綠色的」到底是不是一樣，還是看個人判斷吧。我覺得還是不怎麼一樣的。

請問你們是怎麼看出陽光下的泡沫是彩色的

肥皂泡，薄膜干涉現象

好像很多人都不知道泡沫和泡泡的區別泡泡可以是彩色的但泡沫不是

啊，我一直以為是…陽光下的泡饃呢…

蝴蝶眨幾次眼睛才學會飛行？

做個科普級回答，很多答案讓人有種只可遠觀的感覺。。。
先亮結論:泡泡在陽光下是彩色的，但人眼看到的泡泡多是紅色和綠色的組合，當泡泡大到一定程度時會突然變得暗淡無光，欲知原因如何，請看下文分解。
前提:
?自然光是是七色光的混合，雨後光射過空氣中的小水珠產生色散就可以看到自然光的真面目，感興趣的父母可以買個三稜鏡送給你的寶貝，讓他感受一下自然界的絢麗。男朋友也可以送你女朋友彩虹，跟浪漫，是吧~
?光是橫波，雖然是電磁波，但它和機械波一樣能夠干涉。干涉條件不多說，其實就像拔河一樣，要朝同一個方向發力，可能有些人力氣大點有些人小點但這都無所謂，關鍵是我們的不掉得一樣，一二三同時發力，放鬆，而且你們得保持住這種狀態(震動方向，頻率，相位差)
生活中的現象:空中的泡泡是彩色的，尤其是紅色和綠色更明顯，當你吹泡泡時泡泡快破掉的時候會變得黯淡無光。但是人工做的塑料球卻看不到五顏六色，窗戶的玻璃也看不到，材質的緣故嗎？
分析:光的干涉
最先否定的是材質的問題，材質在光的干涉中影響最大的就是折射率，關鍵是厚度。當光射入介質時會分別在上下表面反射，兩束反射光是從同一束光分離出來的，所以它們自然服從相干條件，唯一變化的是下表面的反射光多走了一段距離，這樣上下反射光就會產生一定的光程差，如果光程差是光半波長的的偶數倍時一束光達到波峰的時候兩束光剛好同時達到波峰波谷，處於加強狀態，而七色光的波長各不相同所以不可能同時處於干涉加強狀態，某個厚度和角度都會有一個顏色的光處於優勢，這時候我們看到的光就是這個顏色。
為什麼太厚就看不到五顏六色？
因為當厚度太大時干涉條紋沒辦法分開，就像手機屏幕都是RGB三色光混合，但我們人眼感受到的不是分開的三種顏色
為什麼泡泡破掉之前會變得暗淡？
因為泡泡破掉前會變得很薄，這樣兩束反射光的光程差就會很小，達不到干涉加強或相消的條件，這樣我們看到的只是普通的自然光，和之前相比也就變得暗淡，所以當我們吹泡泡的時候如果發現泡泡不再是彩色的時候就要知道泡泡已經達到極限大小了。
為什麼我們看到的泡泡多是紅色和綠色？
人眼對不同光的感知能力不同，人眼對綠色和紅色的感知能力遠大於其他眼色的光。泡泡幾乎透明，其反射光的強度很小，所以除了紅色和綠色，其他顏色的光很難被人眼感知。所以其實泡泡在陽光下是彩色的，但我們看到的多是紅色和綠色的組合。
純手機打，有點亂，如果覺得有用，就給個贊鼓勵一下

有圖有真相

再補充一張泡沫圖

我覺得百分之99的人沒有看完贊最多的答案就點贊了，說的對請自覺點贊，謝謝！。。。。。難道字數少就不能給贊嗎？

干涉條紋分為定域或非定域的。非定域干涉是點光源產生的。定域干涉是有擴展光源產生的。而自然光當然是擴展光源。定域干涉的特點就是成像在一塊定域區域，對於薄膜來說，定域干涉面往往產生在薄膜表面上，所以可以在薄膜上看到彩色的干涉條紋。

薄膜干涉！

薄膜量測—在線播放

泡泡是彩色的，泡沫一般不是。。。

好像回答女神的問題，可是我不會咋么辦

鄧紫棋歌曲～～～～泡沫