海水为什么是蓝色的(海水为什么在越深的地方越蓝?)

海水为什么是蓝色的

今天的走进科学,和光有关。
我们都知道,光的折射会造成许多光学现象,
比如,水底看起来比实际的浅,一半斜捅入水中的筷子会变弯曲,鱼缸中的鱼看起来变大,海市蜃楼......
利用光的折射原理,在生活中的应用体现在近视镜、远视镜、放大镜、投影仪、照相机、防盗门上的“猫眼”......
今天的文章,主要和大家聊聊光的反射-----之背后的故事。
猜一猜,今天聊的这位科学家会是谁呢?
钱德拉塞卡拉·拉曼
对于拉曼的名字,也许会觉得陌生,我们回顾一下小学课本中对他的描述吧。
一艘航行在地中海海面的轮船上,小男孩突然问母亲海水为什么是蓝色的呀?
母亲回答不上来,只好向刚好在一旁的拉曼求助。
拉曼缓缓蹲下身来告诉小男孩,那是因为它反映了天空的颜色。
回答完之后,拉曼对这个解释产生了怀疑,回去研究后发现了拉曼效应。
结果是小男孩一个天真无邪的问题,竟然帮助拉曼问鼎了诺贝尔物理奖。
课文最后告诉我们,无论任何时候,永远都不要因为“已知”而丧失好奇心。
很遗憾,这一经典的励志故事至今尚无资料证实小男孩是否真实存在。
但并不影响现实中的拉曼,确实是一个对科学充满好奇,并勇于探索的科学家。
印度是第一个获得诺贝尔科学奖项的亚洲国家,而拉曼,就是第一位获得诺贝尔科学奖项的印度人,他于1930年获得诺贝尔物理学奖。
1930年诺贝尔奖颁奖现场
拉曼,一个16岁从大学毕业,18岁在英国权威杂志《自然》发表物理论文,19岁就获得硕士学位的天才,在工作之余(本职工作是财政官员)进行物理实验研究,终于1917年被邀请担任加尔各答大学的物理学教授。
1921年,年仅33岁的拉曼代表加尔各答大学前往英国讲学了,就是在前往英国的途中,拉曼被地中海深邃的蓝色所吸引,并想要彻底地搞清楚海水颜色的成因。
明明看到的海水是蓝色的,为何偏偏舀起它来却像白开水一样透明无色呢?
当时公认的解释是由英国物理学家瑞利提出的:海水的蓝色是反射了天空的颜色。
英国物理学家瑞利
瑞利的理由是:
太阳光具有“红橙黄绿蓝靛紫”七种颜色。但天空本身透明无色,之所以看到有颜色的天空,是大气层中的气体分子将太阳光散射到了我们的眼中。
波长较长的红光,被散射的红光强度就较弱。而波长较短的蓝、紫光,散射强度就强。由于我们人类的眼睛对紫色光很不敏感,所以我们大多数看到的天空就是蓝色的。
可拉曼分明发现,很多时候海水的蓝甚至比天空的蓝色更深,又怎能说是反射导致的呢?
于是,天才拉曼以高度的怀疑精神,决定从零开始进行研究。
他用尼科尔棱镜、光栅等进行分析海水后,结果证明海水的颜色并不是天空反射的,而是海水本身的一种性质。
并利用简单水银灯、聚光透镜、分光计、滤色镜等加起来价值只有几十美元的器材,全力研究光经过固体、液体和气体等物质时发生的散射现象。
终于于1928年的一天,拉曼做出了一个在光学上具有重要意义的实验,得出一个突破性的结论:
光线照射到样品表面时,物质中的分子吸收了部分能量,发生不同方式和程度的振动,然后散射出较低频率的光。
这一发现被称为“拉曼效应”。
简单地来说,“拉曼效应”讲了一种现象:
假如有一束光线入射到某种介质,除了部分被吸收之外,其他的光线将被介质的分子散射。
而这种散射线一般分为两种情况:
一种是散射后光线的颜色保持不变,即是瑞利散射。
另外一种情况就是,散射后光的颜色发生变化,就是“拉曼散射”。
观察、假设、实验、研究。
《走进英国课堂》在不遗余力地向大家推荐、强调科学思维的重要性。不是每个人都具备天才的能力,但是可以培养天才的思维习惯。
《像乌鸦一样思考》第九集:带你思考“光”的折射与反射

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海水为什么在越深的地方越蓝?

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