肥皂膜为何呈现彩虹色?
The Colors of a Soap Film

肥皂膜是夹在两层肥皂分子间的水膜,厚度往往不足一微米。在重力作用下,垂直的肥皂膜顶部更薄,因此在白光下会呈现出按厚度排列的彩色条纹。牛顿曾在《Opticks》中详细记录了这些现象:彩色圆环在顶部形成,随着水分流失而变宽并下移,最终在顶部出现黑斑。本文通过物理公式解析了反射光谱与CIE 1931标准观察者色匹配函数的关系,揭示了肥皂膜颜色本质上是光波干涉的结果。计算得出的颜色与牛顿当年的厚度记录惊人一致,从黑斑到第一级、第二级光谱,再到更高阶的粉绿交替,每一层色彩都对应着精确的光学路径差。
肥皂膜在厚度d处的颜色取决于两个要素:薄膜在每个波长下的反射光比例,以及CIE用于将光谱简化为颜色的三个色匹配函数。
- JKCalhoun
非常喜欢 C. V. Boys 那本小书《肥皂泡及其成形的力》[1], [2], [3]。
他谈到了肥皂泡的颜色(以及其他内容)。读完这本书后,我饶有兴致地在旧金山探索馆(Exploratorium)观看了一个大型肥皂膜展览——我注意到薄膜顶部的颜色(那里较薄)与下部(那里较厚)的颜色不同。
随着气泡开始蒸发并变薄,最终在破裂前会变成无色(我想是黑色的)。
除了关于颜色的章节外,整本书都是推理、科学方法等内容的绝美范例(就像是为物理系学生呈现的一样——但普通读者依然可以轻松读懂)。
[1] https://archive.org/details/soapbubblestheir0000cvbo/
[2] https://archive.org/details/SoapBubbles-English-C.V.Boys/
- schobi
反过来利用这个过程——这样你就能仅用白光和 3 个传感器构建一个厚度计。或者也许可以多加几个传感器(ams osram 有多光谱传感器)以增强鲁棒性。
不过我不太确定为什么需要这个……
测量光偏振的设备中也有类似效应。你引入白光并交叉放置偏振滤光片。根据旋转量的不同,会出现类似的颜色图案。我还没见过自动设备,但可以通过目视评估颜色。
- grenoire
多么美妙的渐变图案。