綠竹山莊的寶藏（二）

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彩虹，是自然界一種非常美麗的自然現象。在雨后初晴時分，我們偶爾能夠見到掛在天邊彎彎的七色彩虹。如果仔細觀察，你就會發(fā)現所有彩虹從外側到內側的顏色順序都是：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。

…為什么會出現彩虹？…

彩虹其實就是一種光的色散現象。原本是白色的陽光，在經過雨后天空中小水滴的反射和折射后，這道白色的光線就被分解，形成從紅到紫的七色彩虹。所以我們可以簡單理解為，光的色散就是白光被分解為多種顏色的光的現象。

現代人能夠見到彩虹，古代人當然也可以。美麗的彩虹是怎么出現的？我們能不能制造出彩虹？古人帶著好奇開始觀察和研究彩虹，這就是我們對于光的色散研究的開端。

…古人是怎么研究彩虹的？…

最初的時候，人們對于彩虹的觀察很粗略。生活在戰(zhàn)國時期的屈原，只知道彩虹是由五種顏色構成的。隨著對彩虹的觀察越來越多，人們對彩虹的了解就越來越詳細。

到了東漢，人們不僅知道了彩虹有七種顏色，而且也已經知道了彩虹只有在雨后初晴時分，在與太陽相對的方向上才會出現。

到了唐代，已經有人提出來，彩虹是陽光被雨滴分散形成的。此外，張志和開始進行人造彩虹的模擬：在嘴巴里面含一口水，背對著太陽噴水，一邊噴水一邊轉動頭，就可以看到一道弧形的彩虹。據傳，當時長安的兒童在玩耍的時候經常表演這種人造彩虹。

到了明代，有一個叫方以智的科學家用天然水晶磨制的三棱鏡將陽光分成了不同顏色，并綜合歷史上人們對彩虹的觀察做出了一個概括。他認為無論是天然彩虹，還是噴水制造的彩虹，抑或是三棱鏡制造的彩虹，都是陽光的色散現象。

中國古代的科學家們觀察到了色散現象，并描述出了這種現象，同時也確定了彩虹是陽光經過雨滴時被分解形成的，但可惜的是，他們沒能夠回答為什么陽光會發(fā)生這種色散現象。

明代著名科學家方以智

方以智，從小酷愛自然科學知識，在學習到西方對自然科學的論述后，他對天文、地理、物理等學科都有了很深刻的研究。

方以智從氣一元論自然觀出發(fā)，提出一種樸素的光波動學說，認為光的產生是氣受到激發(fā)的緣故。由于氣彌漫分布于所有空間，彼此間無任何空隙，被激發(fā)的氣必然要與周圍靜止的氣發(fā)生相互作用，將激發(fā)傳遞出去，這就形成了光的傳播。

…陽光為什么會發(fā)生色散？…

差不多與方以智同一時期，西方科學家也對光的色散進行了相似的研究，并解開了陽光會發(fā)生色散的原因——陽光是一種復合光，它由多種不同顏色的單色光組合形成。當陽光經過水滴或者是三棱鏡的時候會被分解開，因此就形成了彩虹。

牛頓的色散實驗

在對光的色散研究中，較著名的要數牛頓做的色散實驗了。牛頓讓一束太陽光通過墻上的小孔照射到三棱鏡1上，白光被三棱鏡1分解成七種不同顏色的光；這些光照射到一塊凸透鏡上面后，又被凸透鏡匯聚到三棱鏡2上，這時令人驚奇的事情發(fā)生了，這七種顏色的光又融合形成了一道白光；當這道白光經過三棱鏡3之后，又被分解成了七種不同顏色的光。這個巧妙的實驗說明了白光是由七種不同顏色的單色光組合形成的一種復合光，單色光和復合光之間可以互相轉換。

那么，陽光是怎么被水滴或者三棱鏡分解開的呢？答案就是折射。

…什么是光的折射？…

光線在介質中傳播的時候，會發(fā)生折射現象。簡單理解就是，空氣是一種介質，水也是一種介質，當陽光從空氣斜射入水的時候，它的傳播方向會發(fā)生改變。關于折射的一個最直觀的例子是，在日常生活中我們如果將一根筷子插入裝了半杯水的水杯中，會看到筷子仿佛發(fā)生了彎曲。這是因為筷子反射的太陽光在從水進入空氣的時候發(fā)生了折射，彎折的點就是空氣和水面的交界處。

…彩虹的顏色順序為什么是紅橙黃綠藍靛紫？…

陽光在進入水滴或是三棱鏡的時候會發(fā)生折射現象，而且組成陽光的不同顏色的單色光的波長不同，彎折程度也不同，其中紅光的彎折程度最小，紫光的彎折程度最大。在經過水滴或者三棱鏡以后，這些光線就會被分解開，形成彩色的光帶。由于不同顏色光的彎折程度不一致，就形成了紅光在上、紫光在下的光帶，這就是我們見到的彩虹永遠是紅橙黃綠藍靛紫這個順序的原因。

…雙彩虹是怎么出現的？…

在極少數的情況下，我們還會見到雙彩虹。在見到雙彩虹的時候，有一條彩虹是明亮的，另一條則比較暗淡，這條比較暗淡的彩虹被稱為副虹，也就是所謂的霓。我們中國人總是將霓虹連在一起說，事實上，霓和虹也確實是一起出現的，但在很多情況下，霓的亮度比虹要低很多，所以我們看不見。只有在極少數情況下，霓的亮度比較大，我們才會發(fā)現在天邊有兩條彩虹。如果仔細看，我們還會看到一個奇特的現象，霓的顏色分布與虹的顏色分布正好相反：虹從上到下為紅→紫，霓從上到下為紫→紅。

這種奇特的現象是因為霓是陽光在小水滴中經過了折射、反射、反射、折射后產生的，也正是因為經歷了這么多次折射和反射，陽光的能量在此過程中不斷衰減，所以在最后產生霓的時候變得比較暗淡，一般情況下很難看見。

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