肥皂泡泡究竟有没有颜色？是结构色！

公园里的三五个小孩，一手拿着泡泡液，一手扬着沾了泡泡液的塑料圈，轻轻一吹，便吹出了一串串彩色的肥皂泡。有个小孩抬头看了看天上一直变幻着色彩的泡泡，又低头看了看手里透明的肥皂液，忍不住向小伙伴发问——

“泡泡的颜色，是从哪儿来的？”

“我也不知道，大概是泡泡有魔法？”

呈现出五颜六色的肥皂泡 | Pixabay

那个发问的小孩就是我，而多年以后我才明白，组成这个万千世界的颜色有两类，一类是色素色，一类是结构色。

什么叫做结构色

比起结构色，我们更为熟悉的是那些来自色素的颜色，这些色素可以是天然的，也可能是人工合成的。

青菜、茼蒿、西兰花

这些蔬菜的绿色大多来自于天然叶绿素

番茄、西瓜、木瓜

它们会含有较多红色的番茄红素

甜菜、枸杞、红心火龙果

它们的红色，则来自于天然的甜菜红素

蓝莓、西梅、黑加仑

紫色的蔬果往往富含着花青素

彩色巧克力豆外表那层鲜艳的脆皮

它们的颜色则来自人工合成的食用色素

添加了色素的多彩巧克力豆 | Pixabay

这类颜色的出现，是由于物品中含有色素，而色素的化学结构能够吸收特定波长的光、把剩余的可见光反射到人眼中，而形成我们看到的颜色，属于色素色。

叶绿素和食用色素日落黄的化学结构 | 作者绘制

那些不含色素、看起来透明却也能产生颜色的物体，则是一定是通过特殊的微观结构形成了结构色。生活中常见的比如吹出来的彩色泡泡，CD的背面；自然界中的不少动物们也拥有结构色，有如蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛。

几乎所有蝴蝶都有结构色 | Pixabay

孔雀的羽毛也有着结构色 | Pixabay

彩色泡泡的奥秘

每种结构色都有着不太相同的形成原理，而肥皂泡泡呈现彩色，原因就藏在它一层薄薄的膜里。

由于肥皂泡的薄膜有厚度，当自然光照射到薄膜上，它会经薄膜的上、下两个表面，分别反射出多条频率相同、振动方向相同，但是存在恒定相位差的光线。

光线在肥皂泡膜的反射原理 | 作者绘制

当我们人眼接收到反射出的光线，就看到了颜色。但为什么经过这番折腾，反射出的不是和自然光一样的白光，而是彩色的光呢？这就需要拆解一下自然光。自然光在经过肥皂泡薄膜的反射时，会产生不同波长的色光，比如波长较长的红光、波长较短的蓝光等等。

自然光与三棱镜的经典实验 | Wikipedia

当自然光在薄膜的上、下表面分别发生反射，会产生多条反射光。多条反射光的波形，可能重合也可能交错。这是因为反射光之间存在着相位差，加上薄膜的厚度不确定，波形不一定能重合。

反射光的波形不一定能重合 | 作者绘制

同一色光的反射光，若波形重合，对应的颜色就会增强；若波形交错，颜色就会减弱。图示中的情况，是红光波形发生重合，因而红色会更明显；蓝光的波形产生交错，因此最终呈现的蓝色会很淡。

在实际情况中，肥皂泡薄膜由于重力等原因，厚度并不均一，因此同一色光的波形是重合还是交错，非常随机。赤橙黄绿青蓝紫，每种色光都可能因为波形重合而被加强，继而在泡泡上呈现出来——这也就是我们能在泡泡上看到各类颜色变幻多样的原因。在光线照射下，肥皂泡薄膜产生多样的结构色的现象，就被称为单层薄膜干涉。

赤橙黄绿青蓝紫的肥皂泡膜 | Pixabay

其实这种由薄膜结构产生的颜色并不罕见。当你在厨房刷洗着油乎乎的锅碗瓢盆，油在水池里铺成薄薄的油膜时，也会出现漂亮的色彩。它和肥皂泡的色彩同出一辙，只是少有人会称赞厨房油污的美貌罢了。