“揭秘”小男生[連載]“三劍客”與環(huán)狀彩虹

林淼正為度周末操心。他從爸媽的閑談中“捕捉”到一個信息：敏姑可能帶他去郊游。小家伙立馬召來程杉和曹棟。周末一大早，三人頭戴遮陽帽，肩背旅行包，雄赳赳氣昂昂地直奔敏姑家。敏姑看著有備而來的仨孩子快活地哈哈大笑：“好你個‘三劍客’，行，今天就帶你們去！”

敏姑帶著他們在福州國家森林公園瘋玩了半天。午后突然涌來滿天烏云，他們趕緊躲進了森林博物館。沒一會兒就雨過天晴，大伙兒歡呼著奔上后山坡。程杉眼尖，指著天邊叫了起來：“彩虹！”

“風雨過后太陽笑，七色彩虹搭彩橋，紅橙黃綠青藍紫，朵朵白云橋上飄。”對著美麗的彩虹，林淼搖頭晃腦地念起童謠。

“準確地說，彩虹的顏色應該是‘紅橙黃綠藍靛紫’， 靛是介于青和藍之間的顏色哦。”敏姑一臉認真地矯正。

“為什么？”三個孩子像往常一樣追根究底。

“1643年1月，牛頓出生在英格蘭林肯郡鄉(xiāng)下的一個小村落里 ……”敏姑開始繪聲繪色地把孩子們帶到17世紀的英國。

“牛頓，了不起的大科學家，從小就是個天才吧？”小胖曹棟一臉崇敬地問。

敏姑笑了，“牛頓是個早產(chǎn)兒，從小身體羸弱，學習成績一般，但他喜歡讀書和動手做小實驗。和你們一樣，喜歡動腦筋。”敏姑鼓勵地拍拍三個孩子的腦袋，繼續(xù)講述。

“1665年，為了躲避倫敦大瘟疫，牛頓回到幽靜的鄉(xiāng)下，進行了許多有關力學、數(shù)學、光學的設想和實驗。”

“1666年初，牛頓得到了一個三角形的玻璃棱柱鏡，便利用它來研究光的顏色。為此，他布置了一個漆黑的房間，在窗戶上留一個小孔，讓適量的日光射入。他又把三棱鏡放在光束的入口處，使光能夠折射到對面的白屏幕上去。這樣，一個彩色光帶呈現(xiàn)在了白屏幕上，靠近棱鏡頂端的是紅色，靠近底端的是紫色，中間依次是橙黃綠藍靛，牛頓高興極了，就把這個美麗的光帶叫做光譜。這個實驗也被稱為物理史上最美的實驗。”

“那些單色光還可以再分解嗎？”正在聚精會神聽講的林淼突然提出個問題。

“好！了不起！”敏姑高興極了，“牛頓也這樣想，他在觀察光譜的第一塊屏幕上打一個小孔，再在后面放上有小孔的第二塊屏幕，讓之前分解出來的單色光再通過小孔。牛頓在這道光束的前進路徑上放上第二個棱鏡，在它的后面再放一個新的觀察屏。

“實驗表明，第二個棱鏡只是把這道單色光束整個地偏轉一個角度，并不改變光的顏色。

“于是，牛頓得出結論：白光能分解成七種單色光——紅橙黃綠藍靛紫，棱鏡不能再分解它們。”

“那么在屏幕上出現(xiàn)的七種單色光，從上到下的排列順序一定是紅橙黃綠藍靛紫嗎？有沒有其他的排列呢？”林淼又想到了一個新問題。

“這個問題提得真好！”敏姑為他這么用心而高興，“在一般情況下，這七種光的排列順序是一定的。因為這些光具有不同的頻率，紅光頻率最低，紫光頻率最高。不同頻率的光在空氣等介質中傳播時，傳播速度各不相同，紅光最快，紫光最慢。當不同的色光以相同的入射角射到三棱鏡上，紅光的折射率最小，發(fā)生的偏折最少，所以它在光譜中處于靠近頂角的一端。紫光的頻率最高，在介質中的折射率最大，在光譜中就排列在最靠近棱鏡底邊的一端。所以，這七種單色光離開棱鏡后就各自分散，按一定順序排列形成光譜。”

“白光能分解為單色光，那么單色光也可以‘變’成白光嗎？”這回提問的是程杉和曹棟，兩人幾乎異口同聲。

“你們和牛頓一樣聰明！”敏姑高興得眉飛色舞，“后來牛頓又進行了實驗，他用一排矩形小鏡子來反射各種單色光。通過調整小鏡子的角度，使各反射光都落在光屏的同一位置上，最后就得到了一個白色光斑。

“牛頓太棒了！”三個孩子異口同聲地贊嘆道。

“還有更棒的呢，”敏姑笑著指了指天邊，“那就是大自然，它從遠古時代起就一直在進行類似的色散實驗。夏天雨過天晴， 塵粒減少，能見度提高，空氣中存在大量極微小的水滴。當太陽光沿著一定角度射入，這些小水滴就發(fā)生了色散，朝著小水滴看過去，就會出現(xiàn)彩色的虹。

“別老說外國人本事大，其實咱們老祖宗能干的也不少。”敏姑揚起眉毛，“比牛頓早900多年，唐朝的張志和第一次

用實驗方法研究了虹，背著太陽噴水就能形成虹霓，了不起吧！南宋的程大昌也注意到露滴分光的現(xiàn)象，他還認為陽光通過一個液滴能化為多種顏色，這些顏色不是水珠本身所具有的，而是日光通過水珠的作用顯現(xiàn)出來的，這已接觸到色散的本質了。明末的方以智綜合先輩的研究成果，已經(jīng)能夠用帶棱角的自然晶體和人工燒制的三棱晶體將白光分成五色。他還把彩虹、五色云以及天體光暈等自然現(xiàn)象聯(lián)系起來，認為都是白光的色散。可以說，中國在明代以前對色散現(xiàn)象的本質就已有了較全面的認識，只可惜這些大都是零散、經(jīng)驗性的知識，沒有上升到理論的高度……”

“為什么彩虹只有半圓形的?另一半呢？”沒等敏姑說完，林淼又叫起來。

“問得好！”敏姑一邊贊揚一邊指點身手矯健的程杉登上一個高臺，背對著午后的太陽，用水管噴出一場細雨。這時在水霧中出現(xiàn)了一道環(huán)形的彩虹，程杉的影子在原本圓形的彩色光圈下方造成一個小缺口。

“是地形地貌的影子擋住了另一半彩虹，對嗎？”林淼和曹棟得到了啟發(fā)。

“基本正確。在峨眉山頂看到的‘佛光’以及在飛機上看到的彩圈，多是圓形的，與它們在高處有關系。”敏姑開心地摟著“三劍客”，在頻頻“接招”中，她看到了祖國美好的未來。