光线穿过牛奶时为什么会形成光亮通路？揭开科研奇迹

当你倒好一杯牛奶准备喝掉时，是否想过用这杯牛奶就能做一个有趣的物理实验呢？这个实验很简单，先把这杯牛奶稀释一下，然后，用激光笔发出的光线照射这杯牛奶。这时你会发现，牛奶中出现了一条光亮的通路。为了进一步研究这个现象，你可以再试着把光线照射到一杯纯净的自来水上，这时你会发现水中没有这样的光亮通路。图4．3．1即为激光笔发出的光依次通过水和稀释过的牛奶时的实验。稀释过的牛奶不太透明，为什么会出现一条光路呢？相反，自来水非常透明，为什么看不到光路呢？这其实就是丁达尔现象，它是英国物理学家约翰·丁达尔最先发现的。

图4．3．1 激光笔发出的光依次通过水和稀释过的牛奶（李丛、黄吉平拍摄）

牛奶由水和固体颗粒构成。这些固体颗粒主要是脂肪和蛋白质分子，光线通过牛奶时会在颗粒的表面发生散射现象。这时固体颗粒就像一个个发光体，无数颗粒对光线散射的结果，就形成了一条明亮的光路。而且颗粒的浓度越大，对光线的散射作用将越强，你看到的光路也就会越亮。对于水分子而言，它对光线的散射作用要小得多，因此我们无法观察到水中的光路。值得一提的是，牛奶中颗粒的浓度不能太大，如果你直接使用没有稀释过的牛奶做同样的实验，入射光的大部分都被吸收掉或反射掉，明亮的光路也观察不到。

这种能出现丁达尔现象的体系被称为胶体，胶体中的颗粒直径一般在几十纳米（1nm等于1m的10亿分之一）到几微米（1μm等于1m的100万分之一）之间。如果你留心的话，在生活中经常能看到丁达尔现象，例如城市夜空中打出的激光束，我们可以清晰地看到它传播的路径，这其实就是光束被空气中无数悬浮尘埃散射的结果。可以想见，空气中浮尘的浓度越小，我们就越难看到这条光束。这不正好可以作为判断空气质量好坏的一种方法吗？(www.xing528.com)

［附］

英国物理学家丁达尔（John Tyndall，1820—1893）首先发现和研究了胶体中的丁达尔现象。对抗磁体的研究使他在物理界获得很高的声望，后来他还在热辐射领域做出许多贡献。丁达尔一生出版17部著作，让广大读者了解了19世纪实验物理的最新进展。

[1]本文作者为杨光和黄吉平；本文已被《十万个为什么》（第六版）选用。