自然界的動(dòng)物們擁有各種各樣的顏色，但唯獨(dú)藍(lán)色是最稀有的。以蝴蝶為例，它們基本上擁有最全的顏色，并且利用這些顏色來(lái)傳遞信息：例如“我有毒”或“我是雄性”等。如果放大蝴蝶的翅膀，我們會(huì)看到這些顏色來(lái)自微小的鱗片。這些鱗片含有色素分子，它們會(huì)吸收其他顏色的光，反射我們所見(jiàn)顏色的光。例如，紅色色素分子反射紅色光，吸收所有其他顏色的光。

但蝴蝶翅膀的顏色并不都是這個(gè)原理，有一種稱為大藍(lán)閃蝶的蝴蝶，它翅膀的藍(lán)色就有些特別，它的鱗片實(shí)際上并沒(méi)有藍(lán)色色素分子，藍(lán)色主要來(lái)源于鱗片本身的排列。這種顏色被稱為結(jié)構(gòu)色，生物體的結(jié)構(gòu)色是由光波與折射率不同的生物納米結(jié)構(gòu)的物理相互作用產(chǎn)生的。如果我們以不同的角度觀察大藍(lán)閃蝶，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它的藍(lán)色是處于變化之中的，就像全息圖一樣。順便說(shuō)一下，只有雄性的大藍(lán)閃蝶才有美麗的藍(lán)色。

大藍(lán)閃蝶的結(jié)構(gòu)顏色歸結(jié)于多種物理機(jī)制，包括多重干涉、衍射、布拉格散射、廷德?tīng)柹⑸浜腿鹄⑸洹Ｔ诒疚闹?，我們將談?wù)摰氖亲钪饕母缮鏅C(jī)制。不過(guò)，在此之前，我們需要先簡(jiǎn)單復(fù)習(xí)一下薄膜干涉。

薄膜干涉

假設(shè)有一束光照射于薄膜，這束光會(huì)在薄膜上表面發(fā)生發(fā)射，同時(shí)它也會(huì)折射進(jìn)入薄膜下表面，然后再被下表面所反射。最后，這兩束反射光會(huì)干涉形成新的光波。在這里，我們要注意的是，當(dāng)從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)的時(shí)候，會(huì)發(fā)生半波損失。于是，我們可以計(jì)算兩束反射光的光程差，如果光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍，則發(fā)生相長(zhǎng)干涉；如果是偶數(shù)倍，則發(fā)生相消干涉。

薄膜干涉在實(shí)際生活中應(yīng)用廣泛，我們最常見(jiàn)的應(yīng)用之一應(yīng)該是增透膜。我們希望相機(jī)在拍攝過(guò)程中，不受歡迎的顏色的光能少進(jìn)入相機(jī)，而其他顏色的光能多進(jìn)入相機(jī)，這時(shí)候增透膜就派上了用場(chǎng)，通過(guò)特殊的折射率和厚度設(shè)計(jì)，它能讓不受歡迎的光相長(zhǎng)干涉，其他光就能更多的進(jìn)入相機(jī)。相機(jī)鏡頭前的顏色就是被反射出來(lái)的光的顏色。

結(jié)構(gòu)顏色

那么，大藍(lán)閃蝶的藍(lán)色和這一切有什么關(guān)系呢？如果我們放大翅膀上的鱗片，我們會(huì)看到一些小山脊形狀。繼續(xù)放大這些山脊，我們會(huì)看到它的形狀像小圣誕樹(shù)，而“樹(shù)枝”的排列使它的翅膀呈現(xiàn)藍(lán)色。當(dāng)光線進(jìn)入該結(jié)構(gòu)時(shí)，一部分光會(huì)在“樹(shù)枝”的上表面發(fā)生反射，另一部分光會(huì)進(jìn)入并在下表面發(fā)生反射，結(jié)果和剛才薄膜干涉一樣，兩束反射光會(huì)發(fā)生干涉。

藍(lán)光的波長(zhǎng)范圍在400至480納米，而該結(jié)構(gòu)的尺度造成的光程差大約為200納米，剛好等于藍(lán)光波長(zhǎng)的一半，它們發(fā)生的是相長(zhǎng)干涉。而其他波長(zhǎng)的光，則發(fā)生相消干涉。此外，鱗片附著在含有黑色素的基底，它會(huì)吸收掉紅、黃的等雜散光，這就更加突出了藍(lán)色。

如果我們用其他東西（比如酒精）填充這些微小的空隙，那么藍(lán)色就會(huì)消失。這是因?yàn)?，這改變了折射率，也就改變了它們的光程差。那么，你可能會(huì)想問(wèn)，下雨的時(shí)候它為什么不會(huì)改變顏色？因?yàn)檫@些鱗片由天然防水材料制成，水是無(wú)法填充這些空隙的。

審核編輯 ：李倩