卓然

動(dòng)物界的光學(xué)大師

卓然

看看路口的信號(hào)燈、城市的霓虹燈、家中的照明燈，這一切都顯示了人類對(duì)光的控制，這也是兩大現(xiàn)代技術(shù)的結(jié)合——放射高純度、高強(qiáng)度光束的激光，以及能夠?qū)㈦姴▊魉偷绞澜绺鞯氐墓饫w維。乍一看，光控似乎是一項(xiàng)屬于人類的獨(dú)一無(wú)二的壯舉。

我們一直過于自信地認(rèn)為，只有人類才能隨心所欲地控制光，讓它為我們所用。不過，動(dòng)物對(duì)光線的理解與應(yīng)用其實(shí)一點(diǎn)也不比我們差，客觀地說(shuō)，它們才是真正的光學(xué)大師。動(dòng)物早就掌握了各種控光方法，它們對(duì)于光線的分層、棱塊以及扭曲的理解比人類更深入，人類也從它們身上得到了許多關(guān)于光學(xué)的啟發(fā)。

動(dòng)物的光

孔雀開屏，炫耀尾羽，其實(shí)是它通過羽毛上的一些細(xì)微溝槽結(jié)構(gòu)，把太陽(yáng)的光波逐一分解，并分類成各種色帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

南美大閃蝶之所以能發(fā)出絢爛的藍(lán)光，其實(shí)是基于它自身的一種光學(xué)設(shè)計(jì)。這種昆蟲翅膀上的鱗片間隔有致，可使紅色光波消失。通過這種形式的光波過濾，人類的肉眼只能看見呈現(xiàn)鐵藍(lán)色的光波。

甚至連維納斯花籃——一種海綿，也擁有一套復(fù)雜的控制光的系統(tǒng)。作為最原始的動(dòng)物之一，它的骨架就是一個(gè)光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以將集中于其身體核心部位的光散射到身體的所有表面。

動(dòng)物對(duì)光線的理解與應(yīng)用完全是漫長(zhǎng)的進(jìn)化使然，是嚴(yán)酷的自然規(guī)律在起作用。雄孔雀依靠精美的羽毛來(lái)贏得配偶，如果它不能引起雌孔雀的注意，就不能繁殖后代，延續(xù)基因。南美大閃蝶有著強(qiáng)烈的領(lǐng)地意識(shí)，它們必須通過炫耀自身的色彩來(lái)宣示“主權(quán)”，并以此守衛(wèi)自己的食物和配偶。

不過，生物學(xué)家對(duì)維納斯花籃所擁有的獨(dú)特的活體光纖系統(tǒng)的作用，仍然迷惑不解。有的科學(xué)家認(rèn)為，該海綿可能是通過系統(tǒng)不斷吸收會(huì)發(fā)光的共生微生物，并將這些微生物聚集到一處，形成微型的聚光燈網(wǎng)，從而吸引食物。

有的時(shí)候，自然界的一些光學(xué)小花招是作為其他進(jìn)化革新活動(dòng)的副產(chǎn)品而偶然產(chǎn)生的。水中的軟體動(dòng)物由于有了保護(hù)殼而受益匪淺——它們的保護(hù)殼必須堅(jiān)硬結(jié)實(shí)，并且只需要利用海水中可獲得的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)即可形成。這些軟體生物通過交替使用碳酸鈣層和膠樣蛋白質(zhì)層來(lái)建構(gòu)它們的殼。奇怪的是，這些輪換層起到了微型棱鏡的作用，使得它們反射的光有了斑斕的色彩。

真正的大師

面對(duì)這些生物操縱光的本領(lǐng)，就是造詣?lì)H深的光學(xué)家也會(huì)肅然起敬。19世紀(jì)，物理學(xué)家約瑟夫·馮·弗隆霍亞利用孔雀羽毛上的溝槽結(jié)構(gòu)分離光的原理，發(fā)明了衍射光柵，來(lái)分辨太陽(yáng)光的屬性。受到維納斯花籃的骨架傳導(dǎo)光的啟迪，科學(xué)家制造出現(xiàn)代光纖。通過研究南美大閃蝶有選擇地添加或減少某些光的波長(zhǎng)來(lái)生成色彩的原理，物理學(xué)家在最近設(shè)計(jì)出了光子能帶隙晶體，并正在嘗試把它們用于電話交換機(jī)、太陽(yáng)能電池和天線上。

目前，光學(xué)家把研究的焦點(diǎn)集中在南美大閃蝶的翅膀上。南美大閃蝶的翅膀雖然呈絢麗的藍(lán)色，但是近距離觀察卻會(huì)發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)在的色彩卻是黯淡的灰褐色。這種雙重性，表明南美大閃蝶產(chǎn)生顏色的原理與玫瑰完全不同。由于含有某些特殊的化學(xué)色素，玫瑰的花瓣完全吸收了藍(lán)色和綠色的光，只留下紅色成分反饋給人眼。然而，南美大閃蝶的藍(lán)色則產(chǎn)生于一套完全不同的機(jī)制，它的翅膀有著可以發(fā)揮衍射光柵作用的結(jié)構(gòu)，其表面排列著整齊的溝槽，溝槽間隔的大小和可見光的波長(zhǎng)一致。

飛翔在陽(yáng)光下的南美大閃蝶是那么明亮奪目，以至于1千米以外的人都能看到它。為什么它需要那么艷麗的藍(lán)色呢？科學(xué)家至今疑惑不解。也許只有先破解了這個(gè)謎題，我們才能嘗試著模仿它的翅膀結(jié)構(gòu)吧。

還有，隨著時(shí)間的推移，南美大閃蝶的藍(lán)色不但不會(huì)日漸消退，反而會(huì)更加明顯。面對(duì)這樣的色彩規(guī)律，即使是最高超的光學(xué)大師也自嘆弗如。形形色色的動(dòng)物正在逐漸改變?nèi)祟惖挠^念，或許真正的光學(xué)大師正是它們。