雪为什么是白色的?
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大家喜欢雪的原因之一就在于它给每件东西都披上一件素净、“纯洁”的白色外衣。我们甚至用这些词汇来谈论雪——气象员说,我们将会得到“一些白色的东西”,而每年的十二月你都可能会一遍又一遍地听到“白色圣诞”这首歌。如果雪不是白色的话,就不会叫做雪了。但你仔细想一想,雪不过是一串粘结在一起的冰晶,为什么就完全是白色的呢?这看起来很奇怪。它这种与众不同的颜色又是从何而来呢?

为了了解白色从何而来,我们需要首先看看为什么不同的物体会有不同的颜色。可见光由许多不同频率的光组成。我们的眼睛会将不同频率的光识别为不同的颜色。不同的物体之所以会有不同的颜色,是因为构成物体的特定粒子(原子和分子)有不同的振动频率。基本上,粒子内的电子吸收能量后会产生一定的振幅,振幅大小取决于能量的频率。对于光能来说,分子和原子会按照光的频率吸收一定量的光能,然后把吸收的光能以热的形式释放出去。这就意味着物体只会大量吸收某些特定频率的光。

没有被吸收的那些光频率可能经历两个不同的过程。在有些物质中,当粒子重新释放出光子时,光子会继续通过下一个粒子。在这种情况下,光会通过物质内的各个地方,所以这些物体就是透明的。对于大多数的固体物质,粒子会把大部分未被吸收的光子重新释放到物质外部,所以没有光、或者只有极少量的光会透过物体,因此这些物体就是不透明的。不透明物体的颜色是由那些未被物质粒子吸收的光能组合在一起所呈现出来的颜色。

雪就是结冻的水。而我们都知道结冻的水是透明的,那雪为什么会呈现出一种与众不同的颜色呢?为了了解这一点,我们需要看看单块的冰。冰并不是透明的;它实际上是半透明的。这意味着可见光子并不是经由一个直接通路来穿过物质的——物质的构成粒子改变了光的方向。之所以会发生这种现象是因为在冰的分子结构中,某些原子之间的距离与光的最大波长接近,这意味着可见光子将与物质结构发生相互作用。其结果就是可见光子的路径发生改变,它从与进入冰时不同的方向离开了冰。

雪是单个冰晶排列在一起的冰晶束。当可见光子进入雪层时,它会先通过顶部的一块冰晶,该冰晶会稍微改变它的方向,并把它传送到另外一块冰晶上,而这块冰晶也会对光线产生同样的影响。基本上,所有的冰晶都会向四面八方反射光,所以最终光子会被反射出雪堆。雪中的冰晶会对各种不同频率的光都产生同样的影响,因此所有颜色的光都会被反射出来。可见光谱内所有频率组合在一起所呈现的“颜色”就是白色,所以这就是我们看到的雪的颜色,但它并不是我们看到的组成雪的单个冰晶的颜色。

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