雪花為啥是白的？

瀚海藍(lán)月

雪是白的，雪白雪白的，人們經(jīng)常用“像雪一樣白”來形容一個物體很白，連童話故事里最漂亮的公主，也叫“白雪公主”?？墒牵覀兌贾?，冰是由液態(tài)水凝結(jié)而成的固態(tài)，雪是水在空中凝結(jié)產(chǎn)生的。同是水的變形體，為什么水和冰是透明的，而雪是雪白的呢？

這個問題的答案也許并沒有我們想象中的那樣簡單，因為材料的光學(xué)性能有很多影響因素。當(dāng)一束光射入一個物體，會發(fā)生吸收、反射、散射等過程。

水和冰塊也并非完全透明

在可見光范圍內(nèi)，水分子對于光線的吸收幾乎可以忽略不計，這就是為什么水和冰呈現(xiàn)透明的狀態(tài)。但是，如果我們的眼睛像蝙蝠一樣能看見紅外線，那么水和冰就并非是透明的了。實際上，即便水分子對可見光的吸收微乎其微，水分子間的氫鍵還是會更多地吸收紅色光譜方向的光線，從而使藍(lán)色光譜方向的光線更多顯現(xiàn)，所以，海洋和一些巨大的冰塊才會呈現(xiàn)藍(lán)色。

宏觀的冰是一種多晶，X射線衍射表明冰是屬于六方晶系的晶體，不同取向的晶粒之間的晶界以及冰晶中的雜質(zhì)和氣泡形成的界面，都會或多或少地散射掉一部分入射光線，所以一般來說冰并非是完全透明的，普遍都是霧蒙蒙的。

顯微鏡下的雪花是透明的

雪花，是在空氣中由水蒸氣直接凝華形成的一種層片狀材料，如果我們把雪花放到顯微鏡下去看，它也是晶瑩剔透的冰晶狀態(tài)，一點也不白。當(dāng)然，雪花會融化，所以必須在溫度很低的條件下才能觀察它們。這個世界上有很多雪花圖案收集者，他們在極度寒冷的情況下用相機記錄形態(tài)各異的漂亮雪花。

光線闖“迷宮”

但是，當(dāng)我們觀察一堆雪的時候，它們確實是白色的。這就和這些一片片的雪花有關(guān)系了。我們知道，日光是白光，它實際上由七種色光構(gòu)成。如果一個物體各種色光都反射，我們看到的就是白色。如果它只反射紅光，而吸收其他色光，我們看到它就是紅色的。如果我們把它搬進一個只有綠光的屋子里，由于它不反射綠光，我們就會看到它是黑色的，而不是紅色的。而每一片雪花就像一塊玻璃一樣，既是一個透光結(jié)構(gòu)，同時也是一面反光鏡——既可以反射各種色光，也可以透過各種色光。

當(dāng)光線照射到雪堆上的時候，它就進入了一個龐大的光學(xué)“迷宮”： 每一片雪花都是由成百上千個隨機取向的微小冰晶構(gòu)成的，冰晶之間存在大量界面，透過雪花的光線會在雪花與空氣之間扭曲，而被反射的光線則會被打向另一片雪花，如此反復(fù)，直到光線通過透射逃出這可怕的迷宮……而那些逃離出來的光線已經(jīng)變成了射向四面八方的散射光，其中一部分進了我們的眼睛。由于沒有色光被特別吸收，我們看到的就是柔和的白色光，也就覺得它是白色了。但如果在光線很強的雪山上，即使經(jīng)過積雪的散射，進入我們眼睛的白光仍然很強，我們就會覺得雪地像鏡子反光一樣刺眼。如果不做防護，眼睛就可能受傷，甚至?xí)簳r失明。

顏色巧妙變

并不是只有水和冰雪能夠利用“光線迷宮”，呈現(xiàn)出白色。其他透明的東西，比如玻璃被砸碎或者研成粉末，也都會出現(xiàn)“光線迷宮”，而變成白色的。比如大的食鹽結(jié)晶是透明的顆粒，可是我們家里的食鹽粉末卻是白色的。不過，要想讓它們變得透明，也容易。比如在食鹽或者玻璃粉末里少量添點水，它們中間的空隙填滿了水，空氣被擠出去，“光線迷宮”就被破除了，于是它們就又變得透明了。毛玻璃沾上水以后變得比較透明，也是這個道理。

其實，固體和粉末之間的這種變化，還可以在那些锃亮的金屬上找到。比如，你用砂紙在鋁鍋上打磨幾下，你能得到什么樣的粉末？是銀閃閃的嗎？事實恰好相反，你會得到黑乎乎的粉末……即使你用銀子本身研成粉，得到的還會是黑乎乎的粉末。

因為，它們組成了另外一種光學(xué)迷宮——這些金屬粉末實際上成了一面面微小的鏡子，能夠反射光線，但卻不能透過光。于是，光就在這堆粉末里來回反射，由于不能透射，就很少有機會能逃出去。在不斷反射中，光線也會被逐漸消耗。這樣，沒有多少光反射進你的眼睛，你的眼睛就只能告訴你：這些家伙是黑色噠！