آیا تا به حال از خود پرسیدهاید که چرا برف سفید به نظر میرسد، در حالی که از کریستالهای یخ شفاف تشکیل شده است؟ پاسخ در نحوه تعامل ساختار دانه برف با نور خورشید نهفته است. ما پدیدههای پراکندگی و بازتاب چندگانه را تحلیل میکنیم و توضیح میدهیم که چگونه چیدمان تصادفی کریستالها همه طول موجهای نور را "میگیرد" و آنها را به صورت سفید خالص به چشمان ما برمیگرداند.
برف با وجود اینکه از کریستالهای یخ شفاف ساخته شده، سفید درخشان به نظر میرسد. این پدیده جذاب با فیزیک برهمکنش نور با ساختارهای کریستالی پیچیده توضیح داده میشود.
کریستالهای یخ منفرد شفاف هستند و اجازه عبور نور از خود را میدهند. با این حال، وقتی میلیاردها از این کریستالها به صورت برف انباشته میشوند، کاملاً سفید به نظر میرسند. درک این موضوع نیاز به بررسی رفتار نور دارد.
وقتی نور خورشید وارد دانه برف میشود، با سطوح ریز بیشمار و مرزهای بین کریستالهای یخ و جیبهای هوا مواجه میشود. در هر مرز، نور در جهات مختلف پراکنده میشود.
کلید سفیدی برف بازتاب چندگانه است. نور قبل از خروج از برف بارها بین کریستالها میجهد. هر بازتاب به طور تصادفی جهت نور را تغییر میدهد.
نور سفید شامل همه طول موجهای مرئی (رنگها) است. وقتی نور به طور مساوی در همه طول موجها پراکنده میشود، سفید را درک میکنیم. برف همه رنگها را به طور مساوی پراکنده میکند زیرا ساختار کریستالی آن ترجیحی برای هیچ طول موج خاصی ندارد.
جهتگیری تصادفی کریستالهای یخ در برف به این معنی است که هیچ رنگ واحدی بیشتر از دیگران جذب نمیشود. این رفتار برابر با همه طول موجها ظاهر سفید مشخصه را ایجاد میکند.
برف میتواند در سایهها یا یخ فشرده آبی به نظر برسد زیرا مسیرهای نوری طولانیتر اجازه جذب خفیف طول موجهای قرمز را میدهند. برف کثیف به دلیل جذب ذرات خاکستری یا قهوهای به نظر میرسد.
همین اصل توضیح میدهد که چرا شیشه خرد شده، شکر و نمک با وجود شفاف بودن در حالت جامد، سفید به نظر میرسند. کلید پراکندگی چندگانه نور است.
سفیدی برف نمایش زیبایی از نحوه برهمکنش نور با ماده است. چیدمان تصادفی کریستالهای شفاف فرصتهای بیشماری برای پراکندگی ایجاد میکند که منجر به رنگ سفید خالصی میشود که با زمستان مرتبط میکنیم.
