炫彩泡泡的光魔法
吹泡泡最有意思的地方就是看泡泡们在阳光下变幻色彩。可是用来吹泡泡的肥皂水明明是透明的，肥皂泡的颜色又是从哪儿来的呢？
泡泡就好比一只只装满空气的小气球，只不过它的膜不是固态的乳胶，而是液态的肥皂水。别看肥皂泡的膜那么薄，轻轻一碰就破了，但它也拥有三明治般的结构。最外层和内层都是一层薄薄的肥皂分子，而中间夹的“馅儿”是一层同样很薄的水分子。肥皂水本身的确是无色的，但这样的结构可以与光线发生奇妙的相互作用，制造出流光溢彩的效果。
现在让我们吹一个泡泡，看看阳光到底是怎么对泡泡施魔法的。首先，光线会抵达泡泡膜的外层。就像弹珠遇到障碍物会弹回来，在泡泡膜的阻挡下，一部分光线也会被反射回去。同时也有另一部分光线被膜吸收或者穿过外膜，到达内层。在内层的膜上，光线还会再次发生反射，内层膜反射的光线会遇上外层膜反射的光线，在某些情况下，它们之间可能会发生相互影响，让肥皂泡呈现出变幻的色彩。这种奇妙的作用就是“光魔法”的一种，叫做“干涉”，指的是两道或两道以上的频率相同的光线叠加在一起，互相影响，使原本的波形发生改变的现象。
那照在泡泡上的光线在什么情况下会发生干涉呢？这就取决于泡泡的厚度和光的波长（光波振动一个周期传播的距离）了。我们已经知道不同颜色的光线拥有不同的波长。前面提到的第一波“碰壁”的光线是在泡泡外层反射的，而第二波是在内层，所以它们经过的路程差会受泡泡膜厚度和入射角度的影响。如果这两束光的波长相同，且经过的路程差恰好等于波长一半的偶数倍，那么它们相遇时就会有相同的相位（即两波同时到达波峰或波谷），这样产生的干涉波的振幅（波峰到波谷距离的一半）就会增大，在我们眼中看到的对应颜色也会更亮，这种干涉就叫做相长干涉。
相长干涉（上）和相消干涉（下）示意图
另一种干涉叫做相消干涉，听它的名字你就知道，发生这种干涉时，对应光线的亮度会被削弱。它与相长干涉的不同之处在于，两束波长相同的光线经过的路程差得是波长一半的奇数倍。这样两束光线重叠时的相位才能刚好相反（一束到达波峰时，另一束刚好到达波谷），从而相互抵消，使振幅变小，光强变弱。
由于泡泡的厚度并不是均一的，而且光线的入射角度也不同，所以在泡泡膜上的不同区域会发生不同程度的干涉，在不同的角度下看泡泡就会觉得它在变颜色。当泡泡刚吹出来的时候膜比较厚，波长较长的红光会发生相消干涉，而波长较短的蓝光则发生相长干涉，因此整体呈现为蓝色。随着泡泡膜逐渐变薄，又会变幻成其他颜色，最后薄到无法发生干涉时就会变得无色透明。
现在你已经知道了泡泡“光魔法”的奥秘，不妨自己来试试吧！
参考资料：
《How It Works》74期”The Colour of Bubbles”
作者：Mirror
审稿：张轩中（科普作家，中国物理学会会员）
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