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趙薇說的丁達爾現象是什麼?能杜絕嗎?

最近,著名影視明星趙薇發布了一條呼籲少放煙花爆竹、治理霧霾天氣的微博引起了大家的關注。而微博中一句「從身邊小事做起,杜絕丁達爾現象」又帶給大家一個新名詞「丁達爾現象」。什麼是丁達爾現象?它和霧霾是什麼關係?丁達爾現象能夠被杜絕嗎?

趙薇說的丁達爾現象是什麼?能杜絕嗎?

丁達爾現象,是由英國科學家約翰?丁達爾於19世紀中期進行研究而得名的。簡單來說,丁達爾現象就是一束光在通過分散有一定大小顆粒的分散系(包括液體和氣體)時,能產生一條明顯可見的光路的現象。

那麼,這條光路是如何產生的呢?這是由分散系中存在的顆粒物質對光的散射造成的。如果分散系中顆粒的大小可以和入射光的波長相當(一般來說即大於入射光波長的1/10,對於可見光來說大小約超過數十納米即可),當光照射到這樣的顆粒上時,會有一部分光隨機的向其他方向發散開來,這就造成了光的散射。這些不再沿著照射方向傳播的光被我們看見,這就形成了明顯的光路。

不過,如果顆粒太大或太小,都會對散射發生影響。如果顆粒太小,這種單純改變光路的散射(稱為米氏散射)就會變得很弱,使得丁達爾現象不再顯著。當顆粒直徑達到分子尺度時,另一種依賴於入射光波長散射模式(稱為瑞利散射)成為主導因素,而瑞利散射由於各個小顆粒之間光線的相干,因此不能形成可見光路。利用丁達爾現象的這一特性,可以作為區分分散質以單獨分子存在的溶液,以及以分子團(大小介於1-100納米之間)存在的膠體的依據。以另一方面,如果顆粒過大,那麼顆粒對光線的反射成為了主導因素,同樣不利於丁達爾現象的產生。

那麼大家應該知道霧霾和丁達爾現象的關係了:在霧霾天氣中,有大量不同大小的小顆粒懸浮在空氣之中,這些顆粒中較小的部分,其大小能夠滿足丁達爾現象產生的條件,因此若在霧霾中打開路燈或車燈,就能看見典型的丁達爾現象的光路。因此說,霧霾的確可以產生丁達爾現象。

丁達爾現象可以被「杜絕」么?其實這個問題並不恰當。丁達爾現象是分散系的光學特性,只要分散系中的顆粒大小符合要求就能產生丁達爾現象。此外,丁達爾現象只對顆粒大小有要求,而對顆粒成分並沒有要求,霧霾形成丁達爾現象,只是由於懸浮顆粒大小符合罷了。其實,在乾淨的環境中,如果有薄霧飄過,一樣能觀察到丁達爾現象。不過要指出的是,在較厚的霧中,由於水滴顆粒較大,這時光線在小水滴間的漫反射對光路的產生貢獻更大。畢竟我們能看到那白霧正是光線反射的結果。

綜上,丁達爾現象本身是無法杜絕的,但我們可以通過減少尾氣排放、少放煙花炮竹等方式減少霧霾顆粒。從這個角度來說,通過我們的努力,的確可以杜絕由於霧霾形成的丁達爾現象。

作者寫於2014-01-10
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