標籤:

為什麼雪是白色,而融化後是透明無色?


你知道雪為什麼是白色的么?那是因為,它早已經忘記了自己曾經的顏色。

——動畫《叛逆的魯魯修》R1 第10集 9分12秒 C.C

【才不呢!】

那麼當雪融化時,白色去了哪裡?雪作為水分子凝固態本身是無色的視覺上是白色所以看到雪也就是白色,實際上這是陽光的顏色。

它的視覺顏色是低溫時微小的水分子晶體以它整齊的表面(任何晶體在微觀上的形狀都是整齊的,氯化鈉這樣的粉末在電鏡下也是正方體的集合)進行全反射時將陽光反射到人眼中形成的,在宏觀上表現為漫反射。因為陽光是全光譜混合光

先談光線。光子,也就是光離子,是五顏六色的。在光譜中從紫色到藍色這一端的光子以波長較短的形式穿越太空,而色彩偏紅的光子則以較長的波穿越太空。

當光子遇到一個物體(一面鏡子、一個人、或一個蘋果)時,它們會產生不同的反應有的會彈回來(反射),有的會彈向四周(散射),還有的會穿過物體(傳播)。或者它們會攻擊物體中的分子,釋放能量,然後消失(吸收)。而且,各種波長的光,或者說深淺不一的顏色,會對同一個物體產生不同的反應:一隻蘋果看起來是紅色的,這是因為光譜中的大部分光線都被蘋果本身吸收了。只有一部分很深的紅色—加上一些本身量就較少的黃色,橘紅色,藍色和紫色光線—反彈了回來。

雪本身的雜亂構造。當一道白色的陽光進入一團雪時,光線很快被不計其數的雪的晶粒和空氣包分散,以致大部分的光線都立刻刷刷地反射到雪團外面去了。沒有哪一種光被優先吸收或反射,因而雪的顏色基本上呈現它所反射回去的陽光的顏色—白色。

但是並非所有的雪都是雪白的。有時,當你走過雪地的時候,你會看到帶著色彩的閃光,就像鑽石反射出的耀眼光芒。這種情況很可能是由於一個乾燥寒冷的夜晚將空氣中最後一絲濕氣擠出來,並在雪層表面的一層雪花上形成多面體結晶,就像鑽石那樣。這些微小的行刑室將光線彎曲分割成各種波長,形成彩虹,道理和稜鏡一樣。

冰川看起來呈藍色。雪團中主要成分是空氣,冰就不一樣了,冰的主要成分就是冰。由於沒有氣泡的散射作用,光線能夠穿透到雪的深處。光穿透得越深,它沿途所損失的紅光光譜部分的分子就越多。在到達冰川內部的兩米處時,大部分的紅光已經消耗殆盡。

陽光中的顏色對不同的分子—冰塊中的分子,蘋果里的分子—反應截然不同。在冰塊內部,情況是這樣的:某些藍色波長滑行最遠—在它們完全被吸收以前可行進24米。還有,在被吸收之前,它們可以自由地散射和反射。其中一部分最終返回至冰塊的表面,並把藍色照射到你的眼球上。

要弄清雪融化以後雪的白色或藍色到底哪裡去了,那就要好好看一看它的溫暖狀態:水。

水的表面反射很少一部分光(大約是7%)。其他93%的陽光命運如何則取決於水滴落的方向。小溪中清潔的冰融水會讓光線穿透水流直抵河床的石頭,光線在這兒有的被反射,有的則被吸收。在冰川湖或者湖泊中,水中懸浮的微小的冰川垃圾(磨碎的石塊和塵埃)會阻止光線的傳播並使水產生顏色。當水流入海洋後,又和其它各種鹽類、礦物質以及微小的海洋生物等新的物質混合,這時水會再次改變顏色。

賓夕法尼亞州立大學氣象學教授克雷·伯倫講過:一直以來,人們都認為水之所以有顏色,其原因在於水中的雜質。但是他並不那樣認為。他說水天然具有一種極為淺淡的藍色。這是它本身所具有的。即使沒有天空的倒映,沒有藍色的礦物質漂浮,水,就是你平時喝的水,也是藍色的。「要看見水的藍色,你需要很多、很多米深的水。」這就像窗戶的玻璃一樣:你以為它是透明的。但是看一看玻璃的邊處,你會發現它呈現綠色。


如果你仔細觀察雪花,你會發現每一個冰晶都是透明的。只不過,許多冰晶組合在一起後,反射所有的光,看到的就是白色。

融化成水,投射所有光,看上去透明無色


突然聯想到,棉花糖剛做出來是白色的,捏化了是黃色的…


推薦閱讀:

既然安培力是洛倫茲力的宏觀形式,那為什麼洛倫茲力不做功,而安培力卻能做功?
拋開力的概念如何定義質量?
什麼是相控陣雷達?
理論物理讀博如何保持良好的心態?
一個物理本科生在畢業之前應該掌握哪些計算機知識?到什麼水平?

TAG:物理學 |