神奇变色杯，玩的不是魔术是科学

蒙哥

我们看到的色彩从哪里来

为了理解变色杯的变色现象，我们首先要明白一个道理，为什么不同的物体会显示出不同的颜色呢？

我们知道，自然界中的太阳光或者其他的自然光实际上都不是单一颜色的，而是很多颜色的光混合起来的结果，有红外线、紫外线以及我们的眼睛能够看到的可见光。大干世界的各种颜色，都是通过“赤橙黄绿青蓝紫”的可见光向我们表现的，因此我们这里只关心有颜色的可见光。这样一来，我们可以简单地把自然白光理解为红色、蓝色和绿色这3种颜色的光的混合。因此，当自然光照射到一件物品上时，物品表面的材料会吸收某些特定颜色的光，导致物品呈现出被吸收的光颜色的补色。例如，一个陶瓷水杯吸收红色光，则会呈现出青色，吸收绿色光，则会呈现出品红色，而吸收蓝色光，会呈现出黄色。如果杯子能够吸收所有颜色的光，则会呈现出黑色，如果对所有颜色的光都不吸收，则会呈现出白色。现在大家应该明白了吧，一个杯子所表现出的颜色，取决于杯子表面的材料能够吸收的光的颜色。因此，变色杯之所以会变色，就是因为在不同温度下杯子表面的材料吸收了不同颜色的光。

温度原来是关键

温度对材料性能的影响是一个很常见的现象，大家所熟悉的“热胀冷缩”现象，就是温度改变材料体积的典型例子。那么，温度对材料吸收光的能力有什么影响呢？又有哪些材料可以在不同温度下吸收不同颜色的光，从而表现出不同的颜色呢？

大家都知道，世界上的一切物质都是原子相互结合而形成的。实际上，原子中还包括了原子核和电子，它们在一件物体或材料中都起到了重要的作用。所有的原子核会组成一个“骨架”结构，而所有的电子同时也会在这个“骨架”的基础上形成“肌肉和血液”一样的结构。如果材料只有原子核结构的“骨架”，那么光可以从“骨架”之间的空隙“穿透”过去，因此我们可以认为电子结构的“血肉”才是决定材料对光的吸收的关键。

当温度提高时，原子结构会以热胀冷缩的方式发生变化，电子结构自然也会随之变化，因此，理论上所有材料对光的吸收都会随着温度发生变化。然而，这种最基本的变化对材料吸收光的能力影响非常小，如果想让白色的陶瓷杯子呈现红色，差不多需要把杯子加热到1000℃。热水当然无法达到这样的温度，因此变色杯显然利用的不是这种原理。

变色杯的“魔术奥秘"

实际上，有一些材料在温度提高时原子核结构的“骨架”不但会发生热胀冷缩，还会发生一些强烈的变化，因此电子结构的“血肉”自然也会发生强烈的变化。这种现象其实并不少见，例如，冰在温度高于0℃时会变为结构完全不同的水，而水在温度高于100℃时还会变为结构完全不同的水蒸气。不过，冰融化、水蒸发都不会改变水的颜色，因为水对光并没有太多的吸收。聪明的科学家经过不懈的努力，终于找到了一些随着温度变化颜色也发生变化的材料，我们通常把这种材料称为热致变色材料。正如前文所说的，这样的材料都有一些共同的特征，例如随着温度变化发生结构的强烈变化，而结构发生变化之后，材料对光的吸收也会发生明显的变化。例如，有一种结构复杂的有机染料，常温的时候对各种颜色的光都不吸收，但在温度提高到70～80℃时，会吸收蓝色光和绿色光，从而呈现出红色。另外，科学家们还发现了一些在温度提高之后会呈现蓝色、绿色等颜色的变色染料。

用这些奇妙的变色染料绘制成各种文字和图案，印刷到陶瓷杯子的表面，然后再将带有图案的陶瓷杯子进行适当的处理，这样就制成了一个变色杯。包装一下，贴上标签，推上商场的货架，当我们把这个变色杯买回家中，倒上热水，哇，它就会神奇地把漂亮的图案呈现在我们面前了！怎么样，这样有趣奇妙的变色杯，你不想要一个吗？

（责任编辑：白玉磊 责任校对：夏越）