神奇變色杯，玩的不是魔術是科學

蒙哥

我們看到的色彩從哪里來

為了理解變色杯的變色現象，我們首先要明白一個道理，為什么不同的物體會顯示出不同的顏色呢？

我們知道，自然界中的太陽光或者其他的自然光實際上都不是單一顏色的，而是很多顏色的光混合起來的結果，有紅外線、紫外線以及我們的眼睛能夠看到的可見光。大干世界的各種顏色，都是通過“赤橙黃綠青藍紫”的可見光向我們表現的，因此我們這里只關心有顏色的可見光。這樣一來，我們可以簡單地把自然白光理解為紅色、藍色和綠色這3種顏色的光的混合。因此，當自然光照射到一件物品上時，物品表面的材料會吸收某些特定顏色的光，導致物品呈現出被吸收的光顏色的補色。例如，一個陶瓷水杯吸收紅色光，則會呈現出青色，吸收綠色光，則會呈現出品紅色，而吸收藍色光，會呈現出黃色。如果杯子能夠吸收所有顏色的光，則會呈現出黑色，如果對所有顏色的光都不吸收，則會呈現出白色。現在大家應該明白了吧，一個杯子所表現出的顏色，取決于杯子表面的材料能夠吸收的光的顏色。因此，變色杯之所以會變色，就是因為在不同溫度下杯子表面的材料吸收了不同顏色的光。

溫度原來是關鍵

溫度對材料性能的影響是一個很常見的現象，大家所熟悉的“熱脹冷縮”現象，就是溫度改變材料體積的典型例子。那么，溫度對材料吸收光的能力有什么影響呢？又有哪些材料可以在不同溫度下吸收不同顏色的光，從而表現出不同的顏色呢？

大家都知道，世界上的一切物質都是原子相互結合而形成的。實際上，原子中還包括了原子核和電子，它們在一件物體或材料中都起到了重要的作用。所有的原子核會組成一個“骨架”結構，而所有的電子同時也會在這個“骨架”的基礎上形成“肌肉和血液”一樣的結構。如果材料只有原子核結構的“骨架”，那么光可以從“骨架”之間的空隙“穿透”過去，因此我們可以認為電子結構的“血肉”才是決定材料對光的吸收的關鍵。

當溫度提高時，原子結構會以熱脹冷縮的方式發生變化，電子結構自然也會隨之變化，因此，理論上所有材料對光的吸收都會隨著溫度發生變化。然而，這種最基本的變化對材料吸收光的能力影響非常小，如果想讓白色的陶瓷杯子呈現紅色，差不多需要把杯子加熱到1000℃。熱水當然無法達到這樣的溫度，因此變色杯顯然利用的不是這種原理。

變色杯的“魔術奧秘"

實際上，有一些材料在溫度提高時原子核結構的“骨架”不但會發生熱脹冷縮，還會發生一些強烈的變化，因此電子結構的“血肉”自然也會發生強烈的變化。這種現象其實并不少見，例如，冰在溫度高于0℃時會變為結構完全不同的水，而水在溫度高于100℃時還會變為結構完全不同的水蒸氣。不過，冰融化、水蒸發都不會改變水的顏色，因為水對光并沒有太多的吸收。聰明的科學家經過不懈的努力，終于找到了一些隨著溫度變化顏色也發生變化的材料，我們通常把這種材料稱為熱致變色材料。正如前文所說的，這樣的材料都有一些共同的特征，例如隨著溫度變化發生結構的強烈變化，而結構發生變化之后，材料對光的吸收也會發生明顯的變化。例如，有一種結構復雜的有機染料，常溫的時候對各種顏色的光都不吸收，但在溫度提高到70～80℃時，會吸收藍色光和綠色光，從而呈現出紅色。另外，科學家們還發現了一些在溫度提高之后會呈現藍色、綠色等顏色的變色染料。

用這些奇妙的變色染料繪制成各種文字和圖案，印刷到陶瓷杯子的表面，然后再將帶有圖案的陶瓷杯子進行適當的處理，這樣就制成了一個變色杯。包裝一下，貼上標簽，推上商場的貨架，當我們把這個變色杯買回家中，倒上熱水，哇，它就會神奇地把漂亮的圖案呈現在我們面前了！怎么樣，這樣有趣奇妙的變色杯，你不想要一個嗎？

（責任編輯：白玉磊 責任校對：夏越）