图片来源:https://en.wikipedia.org/, by Brocken Inaglory)
而这些,其实都源于一种叫“薄膜干涉”的光学现象。我们通常用洗涤剂(洗洁精、洗衣粉等等)以一定的比例兑水来吹肥皂泡,所以泡泡就是被洗涤剂分子包裹着的一层薄薄的水膜。那么,当光照射到这一层水的薄膜时,都发生些什么呢?
空气和水都是可以透过光的介质,它们的交界处叫作“界面”。当光遇到一个界面时,一部分会被反射回来,还有一部分会继续前进,发生折射。例如,把一根筷子插进水里,如果我们从侧面看,就会发现水里的筷子弯折了,这就是折射;而当我们俯视水面时,如果角度合适的话也能看到筷子的镜像,这就是反射了。这组成肥皂泡的薄薄的水膜,就拥有两个“空气-水”的界面:光从空气中遇上水膜,也就是第一个“空气-水”界面时,一部分反射,一部分折射;而折射的部分穿过水膜,又遇到第二个“空气-水”的界面,这时又有一部分光被反射了回去,而另一部分则穿过它,回到了空气里。 这样,有一部分光在离开水膜之前,就会被来来回回地反射很多次。
光有一种性质——同处一处的多条光波会相互叠加自身的强度。这样的现象叫做“干涉”,是一种“同相更强,反相相消”的效果:如果一束光的峰值和另一束光的峰值叠加在一起,结果就会变得更强; 而如果一束光的峰值和另一束光的谷值叠加在一起,结果就会相互抵消。这两类现象分别叫做“相长干涉”和“相消干涉”。
在肥皂泡薄膜中被来来回回反射的光,就会发生干涉。 不过通常来讲,完全的相长干涉和完全的相消干涉是两个极端,实际干涉的情况会介于两者之间。而且实际干涉的情况和光的波长(也就是颜色)、以及薄膜的厚度都有关系,这就使有些颜色的反射光被削弱了,有些颜色的反射光被增强了。于是,薄膜上就产生了变化的色彩,而不再是“白色”的日光了。
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