+桑葚的解释
我能想到的一个解释与多重散射(multiple scattering)有关。想像土壤由许多微小颗粒组成,干燥的时候,颗粒间是空气;湿润的时候,颗粒间是水。我们能看到土壤,因为它能“反射”一部分阳光(或者月光、灯光,当然)。我们说“反射”,但对于土壤来说,说“散射”才贴切,而且是多重散射(被多个颗粒散射)的结果。光照射土壤,一部分直接被表面的土壤颗粒散射出来,一部分进入内部,或被土壤吸收,或被土壤颗粒散射来散射去,最后逃逸出来。散射强度越大,光能够进入土壤的深度越小,呆的时间也越短。而光在土壤里面呆的时间越长,被吸收的几率也越大。
现在到了问题的关键,当颗粒间是水时,散射强度比空气时会来的小。因为水比空气折射率大,颗粒间是水时,土壤颗粒与周围介质的相对折射率差别小,散射强度也小。
这个如果不是学物理的可能不好理解。我们来想像一玻璃杯玻璃小珠,虽然每颗玻璃珠的材料都是透明的,但整体上看起来白花花的,这就是光在玻璃珠与空气界面被散射的结果。如果我们在杯子里添上水,就看起来透明多了。因为水和玻璃的折射率差别比空气和玻璃来得小。如果我们往杯子加上一种与玻璃折射率相同的油,这时你就看不到玻璃珠,透明了。
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上期在《新发现》的解惑文,有读者来信了,持不同意见。谢谢这位读者,物理学我没有太多发言权,个么贴出来征解一下:
“我不是非常赞同。相信你身边肯定有糙面塑料办公桌,你可以在桌子上倒少许水试一下。倘若是因为水对光线的吸收和反射造成了物体颜色的变暗,那么有水覆盖的桌面应该更暗,但实际上此现象不存在。况且地面变湿时水是紧密吸附于土壤或水泥上的,并没有附水层,因此反射透射和内反射等现象不会发生。
仔细观察会发现水是有选择性的使物体变暗的。像地面和纤维制品等亲水性物质,干燥和浸水两种状态下反光性会有明显变化,而像塑料等非亲水性物质,则没有这种现象。
要揭示这种现象,还真得用到电磁学和量子力学的知识才行,研究反射折射透射的几何光学是无能为力的。
水是强极性物质,遇到纤维等亲水性物质会与其发生电磁作用,吸附在上面。它们结合成的这个系统可以与光线发生相互作用。打个比方,可以将纤维表面看成是天花板,而水分子是吸附于其上的像皮球,由于吸附本身就是电磁作用,当电磁波入射时,只要符合共振条件,橡皮球就开始振动。由于各种分子间的相互作用非常复杂,这种振动很容易转化为热运动,这样光能就被转化为热能,光也就被吸收了,因此看起来会更暗一点。油类物质等非亲水性物质也能使衣物变色,原因就比较复杂了,一是有的油本身就有颜色,二是油比较溶解一些有颜色的物质,三就是非极性的油也能和纤维发生电磁作用,因此也能吸收光线。 ”
==========================原文=======================
Q:
为什么土壤在变湿后,看起来会黑一点?
A:
最近正好是梅雨天,适宜做这个观察。当然如果没有条件,给花盆里的土壤浇点水也是一样。结果如你所说,很明显。
我们知道,物体的颜色取决于它反射的光的性质。土壤看起来变得黑了,那一定是因为它反射的光变少了。因此我们可以推测,土壤在打湿以后,对光的吸收能力增强了。
干燥的土壤是由许多松散的细小颗粒构成的,颗粒之间有大把的间隙。当光照射下来,部分光被吸收,部分光被反射。那么,打湿了以后,土壤会发生什么变化呢?
水渗下去以后,土壤颗粒之间的间隙被填充,这时,光线在抵达土壤粒之前,经历的不再是空气,而是水。这些充满水的小间隙,会额外吸收掉一些光。
所以,土壤变湿以后,对光的吸收会增强。如果用透光性更强一点的液体来打湿土壤,它们会变得更为黯淡吧。


