繽紛色彩哪里來 |
| 趙越玖 |
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為了明晰斑斕的色彩是哪里來的，我們先來想想物體的發光機制。熟悉現代物理概念的朋友們一定聽說過“光子”這個名詞。光子是攜帶有一定能量的能量包，是大光束的最小單位。它所攜帶的能量和對應光波的頻率成正比，對應于不同的光子能量，光束也就有了不同的顏色。而光子的能量，則是原子中電子在不同能級間躍遷所放出的。按照量子力學的觀點，被原子核束縛的電子只能具有某些特定的能量值，而當電子在這些確定的能級間躍遷時，也就會放出具有特定頻率的能量包——光子。
在自然界中，每時每刻都有無數不同的原子在發生躍遷，放出頻率各異的光子，因此我們日常所接觸的光線都是白光，這是各種頻率的單色光疊加的結果。可是當大量相同的原子發生躍遷時，就會有大量頻率相同的光子被放出，我們也就獲得了單色性十分好的色光。而在禮花彈中放入某種特定的物質后，這些物質中特定的原子會在禮花彈爆炸時獲得能量，躍遷到高能量的狀態，再放出大量特定頻率的光子，回到低能量的狀態，而對于欣賞煙花的人來說，就看到了色彩繽紛的圖案。
對于不同的原子，放出的光子具有不同的頻率，這些光子的頻率就相當于原子的“指紋”。如果我們能夠精確地測定原子發光的頻率，也就能判斷發光的到底是什么原子。這其實就是現代光譜分析技術的原理。當我們面對未知的材料時，只要將其中的原子們都激發到高能量的狀態，再將發光頻率精確測定后與已知的原子發光譜作對比，就能知道材料中都有些什么原子。而倘若我們還能夠更精確地分辨出不同頻率光束的發光強度，也就是各種不同頻率光子的數目，便可以在知道材料組分的基礎上，進一步知道各種組分的比率。
其實，除了煙花之外，我們生活中還有很多時候可以接觸到這類現象。您之前有沒有過炒菜時不小心將鹽撒到火苗上的經歷？細心的話會注意到，此時燃氣灶藍色的火苗會突然變黃。這是因為，黃光是鈉元素的“指紋”，而鈉原子，就是食鹽中最容易發生躍遷的原子。
（本欄長期征集“日知錄”三字篆刻，投稿郵箱：rizhilu999@163.com）
