為什麼普通的玻璃磚不可以分解出光各種顏色，而三菱鏡卻可以？

上過初中的朋友都知道，使用三稜鏡可以將白色的太陽光分解出來（也叫光的色散），變成七彩繽紛的顏色：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，也就是彩虹的顏色，確實非常神奇驚豔。

三稜鏡

從三稜鏡中將光演變成七彩顏色，這不僅是大自然的美麗，也是人類智慧的傑作。為什麼我們肉眼看見的太陽光都是白茫茫的一片，而透過三稜鏡就可以分解為各種彩色呢？莫非是眼睛欺騙了我們，還是我們的眼睛存在不足呢？

三稜鏡分解出的光

光在真空中傳播不僅速度是最快，而且路線也是直的，但是進入到介質以後，光就會發生偏折，也就是我們所說的折射。比如光從空氣進入水面、進入玻璃面，都不是一條直線直直進入的，而是會在兩種介質交介面發射折射。光從空氣射入三稜鏡，就會在三稜鏡裡面發生第一次折射（偏折），從三稜鏡出來時，又會發生一次折射。

三稜鏡色散

我們知道，自然界中的光是由各種單色光合成的，我們稱之為複色光（光為什麼有顏色，我們在後面再講）。光的顏色是由光的頻率（波長）決定的，這些複合光中各單色光的頻率不一樣，因此它們具有不一樣的顏色，當他們混合一起的時候，就顯示為白色。頻率最小的是紅色光，頻率最大的則是紫色光，但是它們在真空中的傳播速度都一樣，均為光速u。

從波長與波速的公式λ=uT（u為波速、T為週期），以及頻率與週期公式T=1/f可知，頻率越高，則波長越短。那麼頻率最小的紅色光它的波長是最長的，可以達到800nm；而頻率最大的紫色光，它的波長是最短的，最多隻有400nm。

不同波長光透過玻璃的變化

我們知道不同顏色的光，它們的頻率是不同的了，那麼這些不同顏色的光在進入另一種介質時候，它們的折射又是怎樣的呢？對同一種介質，光的頻率越高，介質對這種光的折射率就越大，也就是說在7種顏色光中，折射率最高的是紫色光，最低的是紅色光。折射率最大的，出三稜鏡後往下偏折的角度就越大，所以我們看到透過三稜鏡的光最下面的是紫色光，最上面的是紅色光，當然彩虹的顏色也是這個順序。

大自然雙彩虹

為什麼只有三稜鏡可以分解光，而普通的玻璃磚塊卻不可以呢？由於普通的玻璃磚是一個矩形結構，兩邊對稱，當光進入玻璃磚時候，發射了折射，在玻璃裡面分解了光，也就是發射了色散。但是在光從玻璃另一面出去的時候，光又發生了一次折射，進入玻璃時候光的折射角小於入射角，而離開玻璃的時候度折射角大於入射角，這就導致了光線從玻璃磚出來後和進來前是平行的！進去時候分解了光，出去時候又複合了，等於沒有分解，你就看不到了！

光透過玻璃磚塊光路

而三稜鏡不是對稱的介面，當光從空氣進入三稜鏡一個介面，再從另一個介面出去時候，對於射出介面的法線（垂直於介質表面的虛擬線）而言，光線的入射方向換了個位置。雖然光入射三稜鏡的時候折射角小於入射角，出去的時候折射角也是大於入射角，但是由於入射方向變了，就等於光兩次折射不是抵消，而是疊加的。這樣從三稜鏡出去的光折射效果就很明顯了，而透過玻璃磚是兩次折射抵消。如果用座標表示，上述光的入射過程如下：如果以法線為y軸，介質介面為x軸，光入射三稜鏡的時候，光從第四象限進入，第二象限出去；但是出去的時候，變成光從第二象限發出，從第一象限出來，詳見下圖。

光透過三稜鏡光路

光的折射率與光的頻率是有關係的，它們的關係又是怎樣的呢？法國科學家柯西就曾經列出了一個公式表示它們的關係：

n（f）=a+bf^2+cf^4（其中n（f）為折射率，f為頻率，a、b、c為柯西色散係數）

這是一個很複雜的求算過程，因此一般人只要知道折射率與頻率相關就可以，並且頻率越高，折射率越大。

彩虹

光為什麼有各種顏色，這是因為光是由不同波長的電磁波組成的（光是一種電磁波），而我們眼睛之所以看到顏色，這是因為我們眼睛中有一種叫做視黃醛的東西，它能反應給我們大腦產生視覺顏色。視黃醛對部分的光有反應，而且會因為光波長不同而反應不同，從而將它的不同反應結果透過神經傳遞給大腦，我們大腦也就有了各種不同的顏色視覺。因此，並不是光具有顏色，而是光射入眼睛後，眼睛的結構讓我們大腦出現了顏色。從某個意義上說，顏色只是人大腦的幻覺。

平行彩虹

在科學未揭開這個世界的真實面貌前，我們肉眼看到的或許只是這個世界的假象。因此在探索自然的路上，耳聽未必為實，眼見未必為真，只有透過科學的方法、細緻的觀察、嚴格的邏輯才能逐漸找到它們本來的面目。