綠竹山莊的寶藏（二）
2025-04-04 00:00:00凱叔
童話王國·奇妙邏輯推理 2025年3期
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彩虹，是自然界一種非常美麗的自然現(xiàn)象。在雨后初晴時(shí)分，我們偶爾能夠見到掛在天邊彎彎的七色彩虹。如果仔細(xì)觀察，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)所有彩虹從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的顏色順序都是：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。
…為什么會(huì)出現(xiàn)彩虹？…
彩虹其實(shí)就是一種光的色散現(xiàn)象。原本是白色的陽光，在經(jīng)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(xiàn)象。
現(xiàn)代人能夠見到彩虹，古代人當(dāng)然也可以。美麗的彩虹是怎么出現(xiàn)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(duì)于光的色散研究的開端。
…古人是怎么研究彩虹的？…
最初的時(shí)候，人們對(duì)于彩虹的觀察很粗略。生活在戰(zhàn)國時(shí)期的屈原，只知道彩虹是由五種顏色構(gòu)成的。隨著對(duì)彩虹的觀察越來越多，人們對(duì)彩虹的了解就越來越詳細(xì)。
到了東漢，人們不僅知道了彩虹有七種顏色，而且也已經(jīng)知道了彩虹只有在雨后初晴時(shí)分，在與太陽相對(duì)的方向上才會(huì)出現(xiàn)。
到了唐代，已經(jīng)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(jìn)行人造彩虹的模擬：在嘴巴里面含一口水，背對(duì)著太陽噴水，一邊噴水一邊轉(zhuǎn)動(dòng)頭，就可以看到一道弧形的彩虹。據(jù)傳，當(dāng)時(shí)長安的兒童在玩耍的時(shí)候經(jīng)常表演這種人造彩虹。
到了明代，有一個(gè)叫方以智的科學(xué)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(duì)彩虹的觀察做出了一個(gè)概括。他認(rèn)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(xiàn)象。
中國古代的科學(xué)家們觀察到了色散現(xiàn)象，并描述出了這種現(xiàn)象，同時(shí)也確定了彩虹是陽光經(jīng)過雨滴時(shí)被分解形成的，但可惜的是，他們沒能夠回答為什么陽光會(huì)發(fā)生這種色散現(xiàn)象。
明代著名科學(xué)家方以智
方以智，從小酷愛自然科學(xué)知識(shí)，在學(xué)習(xí)到西方對(duì)自然科學(xué)的論述后，他對(duì)天文、地理、物理等學(xué)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(dòng)學(xué)說，認(rèn)為光的產(chǎn)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(huì)發(fā)生色散？…
差不多與方以智同一時(shí)期，西方科學(xué)家也對(duì)光的色散進(jìn)行了相似的研究，并解開了陽光會(huì)發(fā)生色散的原因——陽光是一種復(fù)合光，它由多種不同顏色的單色光組合形成。當(dāng)陽光經(jīng)過水滴或者是三棱鏡的時(shí)候會(huì)被分解開，因此就形成了彩虹。
牛頓的色散實(shí)驗(yàn)
在對(duì)光的色散研究中，較著名的要數(shù)牛頓做的色散實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dāng)這道白光經(jīng)過三棱鏡3之后，又被分解成了七種不同顏色的光。這個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)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(fù)合光，單色光和復(fù)合光之間可以互相轉(zhuǎn)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(zhì)中傳播的時(shí)候，會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象。簡單理解就是，空氣是一種介質(zhì)，水也是一種介質(zhì)，當(dāng)陽光從空氣斜射入水的時(shí)候，它的傳播方向會(huì)發(fā)生改變。關(guān)于折射的一個(gè)最直觀的例子是，在日常生活中我們?nèi)绻麑⒁桓曜硬迦胙b了半杯水的水杯中，會(huì)看到筷子仿佛發(fā)生了彎曲。這是因?yàn)榭曜臃瓷涞奶柟庠趶乃M(jìn)入空氣的時(shí)候發(fā)生了折射，彎折的點(diǎn)就是空氣和水面的交界處。
…彩虹的顏色順序?yàn)槭裁词羌t橙黃綠藍(lán)靛紫？…
陽光在進(jìn)入水滴或是三棱鏡的時(shí)候會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)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(jīng)過水滴或者三棱鏡以后，這些光線就會(huì)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(yuǎn)是紅橙黃綠藍(lán)靛紫這個(gè)順序的原因。
…雙彩虹是怎么出現(xiàn)的？…
在極少數(shù)的情況下，我們還會(huì)見到雙彩虹。在見到雙彩虹的時(shí)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(shí)上，霓和虹也確實(shí)是一起出現(xiàn)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(shù)情況下，霓的亮度比較大，我們才會(huì)發(fā)現(xiàn)在天邊有兩條彩虹。如果仔細(xì)看，我們還會(huì)看到一個(gè)奇特的現(xiàn)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(xiàn)象是因?yàn)槟奘顷柟庠谛∷沃薪?jīng)過了折射、反射、反射、折射后產(chǎn)生的，也正是因?yàn)榻?jīng)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(chǎn)生霓的時(shí)候變得比較暗淡，一般情況下很難看見。
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