冬季的霧霾看來是把中國人嚇壞了,各種段子也紛至沓來。今天看見這樣一個段子:倡議書:
? ? 馬上就要過春節(jié)了,建議大家不要買煙花,實在錢多可以做做公益事業(yè),今年的空氣狀況是什么樣大家都很清楚。春節(jié)要是再燃放很多煙花的話那就比重度污染還重度污染了。上世紀五十年代的倫敦發(fā)生過一場很嚴重的霧霾天氣,那次導致幾千人中毒死亡,大家都不希望中國也變成這樣。從身邊小事做起,杜絕丁達爾效應!請熱愛健康的各位轉發(fā)給身邊的人,為了我們的孩子們,其實也為了自己,從我做起!我同意,我轉發(fā)!
請看上圖,陽光透過云層,投射一條一條放射狀的光芒,煞是好看。我想說,這就是你要杜絕的丁達爾效應(也叫丁達爾現(xiàn)象)。
這么美麗的丁達爾現(xiàn)象,你也忍心杜絕?
丁達爾現(xiàn)象是一種光學現(xiàn)象。光學現(xiàn)象是一種自然規(guī)律,自然規(guī)律不存在對錯,不存在杜絕不杜絕的。你杜絕,它也存在;你不杜絕,它也存在。
自然界有許多美麗的光學現(xiàn)象。彩虹、佛光、肥皂泡、晨曦、晚霞、蔚藍的天空、海市蜃樓……都是非常討人喜歡的光學現(xiàn)象。丁達爾現(xiàn)象是美麗的光學現(xiàn)象的一種,你怎么忍心杜絕?
化學家會用丁達爾效應判斷非均相體系是膠體溶液(氣溶膠)還是真溶液。
光線透過膠體或氣溶膠,會發(fā)生丁達爾現(xiàn)象。150年前,丁達爾教授發(fā)現(xiàn),用可見光照射氣溶膠(或膠體),垂直方向的觀察者會看見一束光,這就是丁達爾效應。
膠體或氣溶膠的當量粒子直徑約為1到100納米,可見光的波長約為400到700納米。膠體或氣溶膠的當量直徑比可見光的波長更小,此時可發(fā)生丁達爾現(xiàn)象。
如果體系中顆粒(或液滴或膠束)的粒徑更大些,超過可見光的波長,微米級以上的顆粒,那么,光線就會發(fā)生反射和折射,這時候看到的是渾濁或黑暗。
如果你有一杯肥皂水,當你用光線照射肥皂水時,這時候就會發(fā)生丁達爾效應。因為肥皂水就是膠體。水玻璃、墨水、氫氧化鋁溶液、氫氧化鐵溶液、添加顏料的玻璃、洗衣粉水、豆?jié){、牛奶……都是膠體。
如果你的一杯水里不是肥皂水,而是食鹽水或者糖水或者啤酒,你知道,這是一種透明溶液,光線穿透透明溶液跟穿透玻璃、空氣或純凈水一樣,暢通無阻。這種溶液就是真溶液,真溶液中也有顆粒,只不過那些顆粒(就是溶質或溶劑)的分子的粒徑很小,為皮米級,遠遠小于可見光的波長,光線通過真溶液幾乎不發(fā)生散射,也就沒有丁達爾效應。
所謂膠體或氣溶膠,就是納米級的顆粒分散在介質中;當顆粒(固體或液體或膠束)均勻而不連續(xù)地分散在連續(xù)的氣體中,這叫氣溶膠。氣體溶解于氣體,固體溶解于固體,那也是真溶液。固體分散在固體中則是膠體。
霧霾就是一種氣溶膠。空氣中的pm2.5(也可以是pm10或pm1.0或pm0.25或者其他尺寸的液滴、膠束或固體)均勻地分散或懸浮在空氣中,這就是霧霾。霧和霾沒有截然的界限,所以我們常常把霧和霾的混合物成為霧霾。
既然霧霾是一種氣溶膠,那就會有丁達爾現(xiàn)象。當陽光照射在霧霾上,雖然我們可以看見丁達爾現(xiàn)象,我們的心情也不好,因為此時的丁達爾現(xiàn)象是污染的代名詞。濃厚的霧霾顆粒太大、太濃厚,即使有陽光,也透不過霧霾層,我們的視界是一派灰蒙蒙,這時候即便沒有丁達爾效應,我們看起來也不爽。
霧霾是有輕重之分的,輕微的霧霾,透光度要高;濃重的霧霾,那就趨近暗無天日了。有沒有丁達爾效應,不是我們判斷空氣質量好壞的標準。
我們看見的畫面是空氣質量等級為優(yōu)的湖面。
這是一個高山湖泊,人煙稀少,人類活動排放的污染物很少。
這樣的湖面上也會發(fā)生丁達爾現(xiàn)象。但是我們沒有清楚地看見云或霧。說明湖面上只有淡淡的看不見的水汽。但是,當陽光透過云層,湖邊的觀察者(就是本人)也能看到美麗的丁達爾現(xiàn)象。這正是一百五十年前丁達爾教授的心思,他就是想判斷肉眼看不出有顆粒的空氣究竟是不是真的沒有顆粒,結果他發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的光學現(xiàn)象。
這是一個泉水補給的大湖,湖面面積達幾十平方公里,一年四季,湖面上都存在水的飽和蒸汽壓,有風或氣溫升高的話,湖水蒸發(fā)速度會加快,因此,湖面上總是存在可見或不可見的水汽,遇到冷空氣冷凝成小水滴或凝華成小冰晶,那就是氣溶膠。
這是海拔3774米格姆女神山上空的云。云中,一群黑天鵝飛過。
高空的云和低空的霧也是氣溶膠,我們卻沒有觀察到丁達爾效應。
丁達爾現(xiàn)象是一種肉眼可觀測的現(xiàn)象,如果正在上演丁達爾效應,你能否看見跟觀察者的位置有關。
丁達爾效應的光學本質是散射,散射光要到達觀察者的眼睛,否則是看不見的。也有時,散射光相對于環(huán)境光線太弱,我們無法分辨感知。
科學是無止境的,丁達爾教授當初發(fā)現(xiàn)丁達爾效應時,全世界的科學家都只能解釋一部分光學現(xiàn)象,而不是全部,更搞不清光的本質。為什么肥皂泡是五顏六色的?典型的丁達爾現(xiàn)象是可見光的散射,光線改變了方向,卻并不改變波長。但是,有時候,我們或許能在丁達爾現(xiàn)象的光線中,發(fā)現(xiàn)彩色,這是怎么回事?那就要有請普朗克和愛因斯坦橫空出世了。
牛頓、惠更斯、丁達爾、麥克斯韋……1900年前的科學家無不認為光是連續(xù)發(fā)射、傳播的,愛因斯坦受普朗克能量子理論的啟發(fā),發(fā)現(xiàn)光不是連續(xù)發(fā)射、傳播的,而是一份一份地。這個份,就叫光量子,也叫光子。光子是一種能量,普朗克給出了光量子的表達式:E=hν
這里,E是能量/J,h是普朗克常量=6.626×10^-34Js,ν為頻率/s。量子理論誕生。以后,無論多么稀奇古怪不可思議的光學現(xiàn)象,我們都可以祭出量子理論的大殺器。
黑天鵝像是迅疾的閃電,轉眼間消逝在遠處的天空。回頭繼續(xù)看湖面,湖面上的丁達爾效應繼續(xù)上演。
天冷,湖畔的當地人生起了炭火;烤火,是小涼山區(qū)居民的常見取暖方式。
小涼山,橫跨川滇,地廣人稀,其中寧蒗彝族自治縣六千平方公里的面積只有二十萬居民,少量炭火產生的煙霧還在自然界的自凈能力范圍內。
如果是幾百萬甚至兩千多萬人口的大城市都烤火取暖(以及燃放煙花爆竹,還有工業(yè)污染等等五花八門的污染源),那么,整個城市必然狼煙動地,霧霾橫行,就像熏耗子洞那樣。這時候,確實應該呼吁減少霧霾了??梢院岸沤^霧霾的口號。
下午陽光強烈,湖面的水滴被蒸發(fā),有沒有灰塵,無法形成氣溶膠,丁達爾效應就消失了;入夜,月亮升起,湖面上還能看見丁達爾現(xiàn)象嗎?
只要湖面上具備白天產生丁達爾現(xiàn)象的條件,月光下也會產生丁達爾效應,但是晚上光線暗,人類的肉眼不一定能分辨出來。