如何回答孩子问我「为什么彩虹有七种颜色」？ 第1页

单身狗不擅长跟小孩子打交道，只能尽力解释的详细一些，通俗一些，希望至少家长能看懂。

关于彩虹的原理，其实我们已经科普过几次了。这里还是再简单解释一下，如果想深入了解，可以点击文末的参考资料，都是我们自己写的，欢迎各位看官老爷捧场，我喂自己袋盐，哦，耶。

我们常常可以在雨后的天空看见彩虹，这是因为彩虹是光在空气中的小水滴折射和反射后形成的。当我们背对太阳望向天空时，阳光照到我们面对的小水滴，发生两次折射和一次反射后从小水滴出射，在折射中，由于不同波长的光折射率不同，白色的太阳光被按波长展开，把她最美丽的一面展现给了我们，我们看到之后就是彩虹了。看文字可能没有图清楚，如下：

这个过程非常简单，我们可以利用斯涅耳定律求解彩虹发生的条件，结果可以看到彩虹一定是一个漂亮的圆（详细推导可以见参考资料2），当然我们大部分时间只能看到这个圆的上半部分，也就是半圆，当然，如果满足特定条件，可以看到完整的彩虹（详情见参考资料3）。有的时候，我们还可以看到两道颜色相反的彩虹，内层的是主虹，也叫虹，外层的是副虹，也叫霓。霓的形成原因也很简单，如图1左上角所示，霓的光线在小水滴中发生了两次折射和两次反射（相比虹多一次反射），导致太阳各色光的成分反转，因此霓的颜色顺序与虹正相反，且在反射中，光强变弱，霓要比虹更加暗淡。根据计算，我们可以在背对阳光的天空中看见霓和虹，与阳光的夹角分别为51°和42°。当然更高阶的彩虹也有，只是在小水滴中发生两次以上反射而已，只不过这种高阶彩虹非常暗淡，难以观察（见参考资料4）。

因此我们可以看到，彩虹的颜色其实就是太阳光的颜色，我们说彩虹有其中颜色，其实是因为我们说太阳有七种颜色。

平常的太阳光，各色光混合在一起，看起来是白色的，但其实洁白的外表之下，有一颗色彩丰富的内心。我们能看到的光被称为可见光，波长约在400-760nm，太阳光就包含了所有的可见光。在一定条件下，我们可以讲光按波长罗列出来，比如折射。如果我们按照波长把可见光排好，她实际是这样的，这就是光谱图。

我想你现在一定可以数出她有赤、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色了吧，可是你能准确地给出每一种颜色的分界线吗？你能明确地将这七种颜色在光谱图中标记出来吗？实际上是不能的，因为可见光的光谱图是连续谱，她是从紫色平滑地过渡到红色的。那问题来了，你又凭什么讲她有七种颜色的呢？你分明没有办法明确地分出这七种颜色，我说我的眼神很好，我分明看到了10种颜色，还有人，眼神没那么好，只能看清5种颜色，那可见光到底有几种颜色，听你的还是听我的呢？

实际上可见光有七种颜色完全是人为定义的，是大家约定可见光有七种色光，而不是可见光真的是七种色光。说起这事啊，还得赖牛顿牛爵爷。

牛顿是第一个发现光有不同颜色的人，实验就是大名鼎鼎的三棱镜色散实验，牛顿让一束光照射到了三棱镜上，发现最终出射的光出现了斑斓的色彩，原来是因为光在由空气进入玻璃，再有玻璃进入空气时，发生了两次折射。光是很聪明的，它向来沿着最短的路径前进，但不同波长的光对哪条路径最短产生了分歧，于是它们分道扬镳，宏观上，就是不同波长的光折射率不同。

牛顿老先生发现了光其实是由不同波长，不同颜色的光共同组成的，非常高兴，并按照惯例，开始给这些不同颜色的光命名。不过牛先生可能因为研究光，用眼过度，眼神不太好使，他只分辨出来六种不同颜色的光，即赤、橙、黄、绿、蓝、紫。不过后来，他又加上了靛这一颜色，可见光的颜色就变成了七种。这么做的原因也很简单，甚至有点不科学，牛顿觉得7是一个完美的数字，这数字从古希腊智者传承至今，音符、已存在的物体，甚至时代都与7存在某种关系，因此，颜色应该也是7种。所以你看到了吧，太阳光的7种色光完全是牛爵爷硬凑出来的。他只看出六种，却硬说7种，不过谁让人家首先发现了可见光的不同成分呢，况且这也不是什么大事，也就是后世会有小朋友提问，为什么彩虹有七种颜色罢了。

当然，这其实也不能全怪牛爵爷，靛位于蓝色和紫色中间，本来颜色就很接近（硬凑的能不接近吗。），而人眼又对这个波段的的光不敏感，确实又很多人无法分清靛这个颜色（说实话，我也不知道靛到底是什么颜色）。毕竟不是所有人，视力都好到八百里外能看见敌人。

参考资料：

1. 为什么倒水时水会沿着杯壁下流？| No.213 (qq.com)

2. 物理所往期回答：彩虹为什么是弯曲的不是笔直的？https://www.zhihu.com/question/19698861/answer/759501226?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=925658922990305280&utm_content=group3_Answer&utm_campaign=shareopn 或物理所公众号推文：为什么彩虹是弯的而不是直的? | No.164 (qq.com)

3. 要想让我嫁给你，除非彩虹是整圆的？| No.119 (qq.com)

4. 物理所往期回答：8 月 26 日北京雨后出现双彩虹，你拍到了吗？https://www.zhihu.com/question/482698959/answer/2088184076?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=925658922990305280&utm_content=group3_Answer&utm_campaign=shareopn 或物理所公众号推文：物理所的霓虹有什么不一样吗？| No.271 (qq.com)

5. Visible spectrum——Wikipedia

6. 彩虹为什么都是弯的？