“大海是什么颜色？”几乎所有人都会回答“蓝色”。|让大海五彩斑斓的光学魔法 “大海是什么颜色？”几乎所

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“大海是什么颜色？”几乎所有人都会回答“蓝色” 。的确，除了偶尔会被天边倒映的朝霞或晚霞染上一抹火红，在天气晴朗的情况下，我们看到的大海都是蔚蓝色的。那么是否有什么神奇的“魔法” ，可以让大海不再呈现蓝色，变得五彩斑斓呢（如图1）？

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▲图1

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▲图2
很多人看到图1的第一反应是：“这一定是用电脑软件做的特殊效果吧？”但实际上，这并不是依靠电脑特效制作出的“假照片” ，而是在现实世界中拍摄到的自然现象。不少网友在乘坐飞机时，也曾经拍摄到类似的壮丽景象（如图2）。其实这并不是什么电脑特技，多彩的影像背后有坚实的物理学原理支撑，这就是“光学魔法”—偏振成像。

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▲图3什么是偏振
我们都知道，光是一种波。通常我们所说的“波”其实可以分为两类，其中一类是“纵波” ，是指局部物质振荡方向与传播方向平行的波，例如我们熟悉的声波。光波则属于另外一类—横波。我们用手挥动绳子时产生的“绳波” ，就是一种典型的横波。在横波传播过程中，物质（例如绳波中的质点或光波中的电场等）局部振荡方向与传播方向相互垂直，这个特殊的振荡方向，就是横波的“偏振”方向。
横波的偏振方向可以通过“检偏器”检测出来，例如对于绳波来说，我们可以制作图3所示的“狭缝”来检测偏振方向。当“检偏器”方向（即狭缝方向）与绳波偏振方向一致时，绳波可以很顺利地通过；但“检偏器”方向与绳波方向相互垂直时，绳波就无法通过。光学研究领域也有类似的“检偏器” ，可以让特定偏振方向的光波通过，只是原理会复杂一些。海面对光的反射
日常人眼看到的光，如太阳光，各个方向上偏振的光强基本一致，没有明显的偏振方向，我们称为“自然光” 。水面对太阳光的反射有一定的偏振选择性，某些偏振方向反射得多，某些偏振方向反射得少，广袤海面反射的太阳光就会成为部分偏振光（如图4）。
对于水面反射的部分偏振光，当“检偏器”方向与反射率更高的偏振方向一致时，反射光能够最大限度地通过，反之则会被最大程度削减。例如，在风光摄影中，为了能够减少水面反射光的干扰、更清晰地拍摄水底，摄影师往往会携带一块偏振镜，它能奇迹般地过滤掉水面的反射光（如图5）。

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▲图4

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【“大海是什么颜色？”几乎所有人都会回答“蓝色”。|让大海五彩斑斓的光学魔法】▲图5
更有意思的是，由于海水会导致一定的色散，即便是在占主导的偏振方向上，不同波长光的反射率也会存在一定差异，反射率最高的那个波长会成为“主波长” 。随着入射光角度i的变化，主波长也会发生偏移。 20世纪60年代，就有学者以地中海为例，研究了20℃情况下反射光主波长随着入射角变化而变化的曲线。
在使用配备偏振镜的相机进行拍摄时，如果旋转调整偏振镜方向，能够最大程度削减其他光线，让水面的反射光最大程度进入摄影系统。反射光中的主波长会随着入射角度的变化而变化，不同主波长则对应着不同的颜色。让广袤的海面呈现五彩斑斓的梦幻景象，就是利用了这个原理。偏振成像用途多