說(shuō)起彩虹色的巧克力，你心里想：那又有什么好稀奇的?，F(xiàn)在有了色素和其他添加劑，想做什么樣的巧克力不簡(jiǎn)單？

說(shuō)起彩虹巧克力，你腦子里出現(xiàn)的是彩虹形狀的巧克力（上）還是彩色的巧克力（下）？| Pixabay

不過(guò)科學(xué)家想的真沒(méi)這么簡(jiǎn)單。有一天，食品科學(xué)家、材料科學(xué)家和物理學(xué)家在走廊上相遇了，他們?cè)谛菹r(shí)間談?wù)撈鹆巳粘Ｉ钪兴究找?jiàn)慣的巧克力，于是他們想：有沒(méi)有可能在不用任何色素和添加劑的情況下，讓巧克力本身變成彩色？

眾所周知，巧克力是由可可豆的產(chǎn)物：可可脂和可可粉制成。除了沒(méi)加可可粉的白巧克力之外，一般的巧克力本身是棕色。所以，想改變可可粉本身的顏色是一件不可能的事情，因此只能從巧克力的表面下功夫。

在進(jìn)行了多種嘗試之后，科學(xué)家們成功地在沒(méi)有添加任何色素的情況下，在巧克力表面制造出了這種五彩斑斕的閃光。這款看似有魔法的“彩虹巧克力”，在不同角度的光照下都會(huì)變幻出不同的彩色光線。

同一塊巧克力在不同角度下的效果，真·五彩斑斕的黑。| ETH Zurich/Giulia Marthaler

彩虹色巧克力可以隨著角度的變化而變化 | ETH Zurich/Giulia Marthaler

雖然這款巧克力看起來(lái)像是魔法世界中才有的產(chǎn)物，但是它原理卻沒(méi)有那么難。只需要巧克力調(diào)溫后將其倒入特制的3D模型中就制作完成了?！叭魏稳硕伎梢栽诩易鲞@件事情?！币晃怀晒ψ龀霾屎缟煽肆Φ闹谱髡哒f(shuō)。因?yàn)檫@種神奇巧克力背后的原理就是光的衍射。

巧克力表面的彩虹色并不是色素和染料形成的，也沒(méi)有任何涂層或者其他特別的成分，它是由巧克力表面本身形成的。這種彩色能夠隨著光線和角度的變化而變化，叫做結(jié)構(gòu)色（structural color），是通過(guò)光的散射、干涉和衍射形成。這種不斷變幻的色彩出現(xiàn)在肥皂泡，貝殼、很多昆蟲(chóng)翅膀的表面，都是物體本身的微結(jié)構(gòu)對(duì)光的作用形成的虹彩效果。

肥皂泡發(fā)出的這種彩色光不同于色素和染料的彩色，叫做結(jié)構(gòu)色。| Wiki

不過(guò)，由于光的衍射對(duì)于物質(zhì)本身的反射性有要求，想要使巧克力表面發(fā)出彩色的光，就必須先請(qǐng)材料學(xué)家出馬，讓巧克力表面變得非常光滑和穩(wěn)定。這就涉及到巧克力的調(diào)溫。

構(gòu)成巧克力的可可脂是一種特殊的脂肪，在不同的溫度下，它會(huì)有不同的晶體形態(tài)。比如在17°、23°、34°等等都有不一樣形態(tài)的晶體，而巧克力的調(diào)溫，就是通過(guò)調(diào)節(jié)溫度，讓可可脂形成一種完美的可可晶體。 我們經(jīng)?？吹接腥嗽诖罄硎迳戏星煽肆?，實(shí)際上就是在調(diào)溫。

在調(diào)溫的過(guò)程中，可可脂中的不穩(wěn)定的晶體會(huì)全部分解，然后重組形成完美的晶體。當(dāng)不斷地?cái)噭?dòng)，完美的巧克力晶體會(huì)相互連接在一起，形成一個(gè)緊密的網(wǎng)絡(luò)。這樣完美狀態(tài)下的巧克力，硬度和穩(wěn)定性都是最佳的，而且還具有光澤的外殼。

沒(méi)有調(diào)溫的巧克力，看起來(lái)不穩(wěn)定也不均勻，更沒(méi)有絲滑的口感。

當(dāng)衍射的條件形成后，研究小組開(kāi)始考慮在巧克力表面做一些文章，他們準(zhǔn)備了一種帶有鋸齒狀的，幾微米寬的凹槽模具，將巧克力倒在里面定型，這就相當(dāng)于在巧克力表面刻上了衍射光柵。

光的衍射是光波遇到障礙物時(shí)偏離了直線傳播的路徑，而發(fā)生了彎曲和散射。以單縫衍射為例，當(dāng)光波通過(guò)一個(gè)大縫隙的時(shí)候，就相當(dāng)于通過(guò)了無(wú)數(shù)個(gè)小的狹縫，每個(gè)狹縫中的光源就像往水中投入的石子一樣，會(huì)泛起圈圈波紋。這些波紋相互疊加，就發(fā)生了光的彎曲和散射。

惠更斯原理示意圖。波遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生衍射。這些光波會(huì)像水波一樣互相疊加，這就發(fā)生了光的彎曲和散射。| Wiki

在反射時(shí)，光的衍射現(xiàn)象也是同理，也能夠發(fā)生光波的疊加。當(dāng)白光照射到反射面上時(shí)，白光被分散成不同色光，就呈現(xiàn)出了彩虹的效果。我們生活中最常見(jiàn)的例子就是光盤(pán)。看似光滑的光盤(pán)表面上，其實(shí)包含著螺旋型分布的細(xì)密軌道，光盤(pán)信息就記錄在軌道中。這形成了圓形反射光柵，使得白光被分解，就變成了我們?nèi)庋劭吹降牟屎缟?/p>

光盤(pán)表面的細(xì)密軌道，形成了反射光柵。| Youtube@Applied Science

彩虹巧克力的表面也應(yīng)該是雕刻上了鋸齒狀的條紋軌道，就形成了和光盤(pán)相似的彩色效果。

另外，衍射效果和光的波長(zhǎng)相關(guān)，在巧克力表面想要發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，就需要鋸齒的間距和光的波長(zhǎng)相近。 可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍一般是0.36-0.4微米~0.76-0.83微米。研究者們正是將巧克力的鋸齒狀凹槽模具寬度選取在幾微米，讓反射光發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，也就有了神奇的“彩虹巧克力”。

說(shuō)起刻平行凹槽，我腦子里↑

結(jié)構(gòu)光這種看似神奇的現(xiàn)象其實(shí)并不罕見(jiàn)，卻常常被我們忽視。比如蝴蝶翅膀上的鱗片，當(dāng)我們把它放在顯微鏡下時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)翅膀鱗片有許多半透明的薄膜，薄膜之間充滿(mǎn)了空氣，這種結(jié)構(gòu)讓光發(fā)揮魔力，形成隨角度不斷變化的絢麗色彩。

總之，只要能夠在巧克力表面成功刻上均勻、平行，并且間隔接近可見(jiàn)光波長(zhǎng)的圖案，那彩虹色巧克力就做成功了，的確每個(gè)人都可以試一試，這可能是世界上最好吃的衍射光柵。

蘇黎世理工大學(xué)的企業(yè)已經(jīng)做出了彩虹色巧克力的模具，把巧克力倒進(jìn)模具，就能出現(xiàn)彩虹色巧克力的效果啦！（想玩） | morphotonix.com

巧克力：我變色了，也變強(qiáng)了。

本文來(lái)自微信公眾號(hào)“把科學(xué)帶回家”（ID：steamforkids），作者：Skin，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

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