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撰文 比鄰星

此花名為藍色妖姬，據說十分珍貴。

不過，世間本沒有藍色妖姬，染得色多了也便成了藍色。藍色妖姬是一種人工制造的玫瑰品種，通過白玫瑰的轉基因外加染色處理，在花瓣中表達了一種叫花翠素的色素（紫羅蘭裡就有花翠素，所以呈現紫色）。說它罕見倒沒錯，畢竟人造也很麻煩。

轉入紫羅蘭的色素基因的玫瑰

（圖源：wiki）

縱觀整個植物界，藍色的花的确是稀有物種，它們所占的比重不到10%，而且有很多都不是呈現純藍色，而是花青素在堿性條件下發出的藍紫色。而另一個事實是，據一項研究統計，全世界最受人民喜愛的顔色是藍色——

藍色這麼好看，為什麼不長在花上？

花花當然不會按照人類的喜好來開，它們的一切都是為了生存。要想解答為什麼藍色的花少見，首先要解答一個初中生物課的經典問題：葉子為什麼是綠色的？

因為葉綠素。

植物細胞中的葉綠體富含葉綠素

（圖源：wiki）

這是個标準答案，可為什麼偏偏是葉綠素，而不是葉藍素呢？葉綠素可以幫助葉片吸收陽光，特别是紅橙光和藍紫光，它們不喜歡綠光，所以綠色光被反射出去，葉片因此呈現出綠色。關鍵就在這裡，葉綠素喜歡吸收藍色光，是因為藍色光含有的能量更高。對于植物來說，吸收更高能的光線可以提高能量的吸收效率，它們沒有理由放棄這樣的光。

（圖源：wiki）

如此經濟實惠的藍色光，被植物毫不猶豫的吸收，藍光反射不出來，自然進入不了人的眼睛，這就是藍色的植物很少見的原因。

不過動物界并不是這樣的光景。比如

大藍閃蝶

（圖源：flicker）

炫彩孔雀

（圖源：flicker）

藍色蜂鳥

（圖源：flicker）

不對勁。通常來說，動物身體裡的色素很多是依靠吃進去的食物來獲取的。比如火烈鳥喜歡吃蝦，所以它們的身體粉粉的，假如攝入的食物裡類胡蘿蔔素不足，它們看起來就沒那麼“火烈”了，會呈現黯淡一些的灰色或白色。

“我要吃蝦，我都不粉了。”

（圖源：flicker）

世界上藍色的植物這麼少，這些動物到底是從哪裡偷來的藍色呢？

是光。我們剛才提到的所有顔色，都是依靠色素呈現的，它們屬于化學色。但大自然還有另一種策略，簡單來說就是“用光塗色”，通過表面精細的納米結構使色光發生幹涉和衍射，隻保留特定波長的色光。這樣的顔色被稱為“結構色”（structural color），又名“彩虹色”（ iridescence color）。

從直觀視覺上來說，結構色看起來閃着金屬光澤，有點像時尚配色裡的鐳射色。而且在不同的角度觀察時，會呈現出不同的色彩。

現在讓我們把藍色大閃蝶的翅膀放在顯微鏡下。

放大後的蝴蝶翅膀

（圖源：KQED Science）

你首先會看到堆積在一起的鱗片。假如你徒手抓過蝴蝶，一定會在手指上留下一些粉末狀的東西。那就是蝴蝶翅膀上的鱗片。顯微鏡下的鱗片排列地錯落有緻。

繼續放大，你會發現鱗片并不是一個簡單的薄片，它從側面看就像是“聖誕樹”，有好幾層分叉。其實，每層分叉都是一層角質層，厚度在幾十至幾百納米，這些角質層本身都是透明的，相鄰的角質層之前隔着空氣層。

閃蝶翅膀在電子顯微鏡下的樣子

（圖源：wiki）

你可以把它想象成Lady M的千層蛋糕。一層奶油一層班戟薄餅，交替排列。

（圖源：Lady M）

角質層産生的效應和肥皂泡類似。透明的肥皂泡在陽光下會呈現彩虹般的炫彩。這是因為肥皂泡表面的薄膜會發生薄膜幹涉。陽光照向透明的薄膜時，一部分光直接在外表面被反射，我們叫它先頭部隊。還有一部分先折射進入薄膜，在内表面被反射，再折射出薄膜，我們叫它斷後部隊。射出薄膜後，先頭部隊和斷後部隊的兩束光相遇，會發生幹涉。

從薄膜先後射出兩束反射光線。

（圖源：wiki）

此時，如果兩束光走過的路程差是其波長的整數倍，光波就會疊加，信号會增強，這叫相長（長大的長）幹涉。

光波疊加，信号增強，這就是相長幹涉。

(圖源：wiki)

我們都知道，不同色光對應着不同的波長。所以經過了薄膜幹涉，某種特定波長的色光将會變得明顯，像個篩子一樣篩出了特定的色光。具體什麼顔色，取決于薄膜的厚度和光線的入射角度。薄膜較厚或者入射光線比較垂直時，泡泡偏藍色；如果薄膜較薄或者光線斜射進入，泡泡呈暖暖的黃色。

泡泡不同位置的厚薄不同，經過薄膜幹涉産生的顔色也不同。（圖源：wiki）

我們再說回翅膀的鱗片。肥皂泡雖有顔色，但并不強烈。可如果把好幾個泡泡摞在一起呢？鱗片的“聖誕樹”上，每一層角質層都相當于一個肥皂泡薄膜，當它們垛堞在一起時，薄膜幹涉效果就會顯著增強，假如每一層經過幹涉都産生了淡淡的藍色，那麼經過6~10層的累積，藍光連續加劇，其餘色光連續減弱，最終就能呈現出驚豔亮眼的炫彩藍色了。當光從不同角度入射時，薄膜幹涉的情況會發生變化，這也就解釋了為什麼從不同角度看，翅膀的顔色會有差異。鳥類的藍色羽毛，也是類似的原理。

多層薄膜幹涉放大了藍色光。

至于這些鱗片本身，有些是透明的，有些則含有棕色色素。棕色能輔助吸收一些幹擾色，使最終的藍色更鮮明。

神奇吧，用光就能塗顔色。而且，結構色最大的優勢就是：不會有年老色衰的那一天。

色素分子會随着時間流逝而氧化褪色，為古畫和舊照片蒙上一層歲月特有濾鏡。但結構色的“顔料”就是光，隻要結構不變，有光的地方總會有絢麗的顔色。所以大閃蝶的标本總是能保持光鮮，永不褪色。

不過也有bug，隻要結構發生一些變化，就可能看到一些奇奇怪怪的現象。

比如，你可以試着向大閃蝶的翅膀上噴點酒精，原本是藍色的翅膀瞬間就綠了。這不是什麼神奇的化學反應，隻是因為酒精填充到了角質層之間的空氣中，由于酒精和空氣對光的折射率不同，導緻經過幹涉後産生了綠色光而非藍色光。

酒精蒸發，綠色也就消失了。

從仿生學的角度，結構色算是目前很熱門的一項技術。想想手機的炫彩背闆，就是靠結構色的微納結構做出來的。還有人直接在很小的一塊玻璃上碼了些微納結構，投射複現了名畫《戴珍珠耳環的少女》。

（圖源：Photorealistic full-colornanopainting enabled by a low-loss metasurface.）

把科學帶回家 發起了一個讀者讨論你最想用結構色技術來幹啥？精選讨論内容

半枕炊煙 給指甲塗色

史蒂夫倒拔垂楊柳 做地磚，有水的地面顔色會不同所以你就不會沒注意滑倒 也可以做化妝品，這樣别人潑你酒時你就能整個臉都綠了

OO 學服裝的當然是做！！！衣！！服！！

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