：梵高为何喜欢画向日葵？背后科学竟如此复杂

据澳大利亚广播公司（ABC）报道，我们生活在彩色的世界，每天接触各种色彩。几乎所有纯化合物的颜色都是白色的，但如果你了解颜色如何形成，你就不会感到任何惊讶。只有少数天然物质拥有能够吸收可见光的化学结构。

白光实际上由所有颜色的光线构成。当我们说一种化合物呈某种颜色时，我们的意思是它更多地反射这种颜色的光线，而不是其他颜色的光线。不同波长的光线对应不同的颜色。如果一种分子主要吸收蓝光，它会呈现出黄色，因为在蓝光被吸收之后更多黄光被反射。在所有可能的波长范围中，可见光的波长只是非常小的一部分。

▲只有少数天然物质拥有能够吸收可见光的化学结构，例如照片中的雄黄晶体。

▲我们只能看到吸收可见光的分子，绝大多数有机化合物吸收紫外线，呈现为白色，蜜蜂等动物能够看到紫外线。

一种分子可能吸收涵盖整个电磁波频谱的光子，从无线电波到X射线，但只有吸收一种可见波长的强度超过另一种或者说吸收不同可见波长的强度存在差异，才会呈现出颜色。绝大多数分子只吸收可见光谱以上的光线，也就是紫外线。这个世界之所以看起来五彩缤纷并不是因为存在大量不同颜色的化合物，但一些化合物确实发挥了重大作用。色彩上最生动并且最富于变化的制剂来自于碳基有机物，包括天然有机物和人工合成的有机物。

当光线的光子与电子发生交互作用时——暂时将电子撞出所在位置——有机分子便吸收光线。这一过程需要耗费能量，光子的能含量取决于颜色，不同电子会被不同颜色的光线撞出，具体取决于电子被分子束缚的程度。

在可见光谱，红色光子的能含量最少，绿色和蓝色光子次之，能含量最多的是紫罗兰色光子。紫外光子拥有更多能量，X射线的能量超过紫外线，以至于我们已经不将它们称之为“光线”。被牢牢束缚的电子只能被能量较高的紫外线或者X射线驱逐。绝大多数化合物的绝大多数电子都被牢牢束缚，这也就是为什么绝大多数化合物呈白色。不过，分子可以塑造，几乎可以做到让它们拥有你希望的任何束缚力量，例如让分子选择性吸收一些颜色的光线。

一些特别常见的分子结构对电子的束缚程度处于适当区间，例如染料。通过改变排列在活跃分子核心周围的原子，束缚力可以调整到可见光谱，进而拥有色彩。靛蓝是人类最早使用的天然染料之一，牛仔裤的蓝色便来源于靛蓝。靛蓝的颜色来自于分子中心的3个双键，即O=C、C=C和C=O。在适当能量的作用下，电子能够游走于3个双键之间，这里的适当能量对应的是橙光。吸收橙光之后，你便能看到靛蓝色。酒石黄是一种合成食品着色剂，让糖果拥有绚烂可爱的色彩。酒石黄分子核心的氮双键（N=N）赋予它鲜艳的橙色。

包括靛蓝和酒石黄在内的很多有机染料面临一个长期存在的问题——褪色。这些染料之所以随着时间推移褪色是因为它们吸收可见光的能量，而不是反射、偏移或者完全排斥可见光，这也就意味着它们很容易受到光线的影响。它们的颜色来源于微妙的化学结构，如果这些结构出现破损，颜色也就逐渐褪去。

▲靛蓝是人类最早使用的天然染料之一，牛仔裤的蓝色便来源于靛蓝

▲酒石黄是一种合成食品着色剂，让糖果拥有绚烂可爱的色彩。酒石黄分子核心的氮双键（N=N）赋予它鲜艳的橙色

另一种选择性吸收光线的方式是利用无机化合物晶体结构产生的能量。这种方式几乎对光线破坏完全免疫，因为晶体只会单向聚集。即使光线驱逐它们的原子，它们也无法移动很远距离。晶体的这种逻辑意味着它们会退回到原来的位置，也就不会褪色。

▲人类最初使用的材料容易褪色。在早期人类在洞穴描绘的图画中，我们仍能看到这些染料。图片中的无机染料立基于一种被称之为“氧化铁”的晶体结构，也就是所说的铁锈。颜色最浅的是赭石，也就是近乎纯净的氧化铁。将不同数量的氧化铁和氧化镁混合在一起形成赭色和巧克力色。

虽然无机染料不褪色，但借助晶体结构只能形成种类有限的颜色，没有明亮的高度饱和的色彩。这种染料包括金属盐和氧化物，可通过碾碎色彩鲜艳的石头获取。色彩鲜艳的石头的另一个名字是“宝石”或者“准宝石”。来自宝石的染料非常昂贵，例如来自于天青石的天青色染料。这也就解释了为何在全光谱的合成有机染料出现前一些颜色只属于富人。梵高笔下的向日葵受到很多人的喜爱。他创作过很多向日葵，这并不是因为他非常喜欢向日葵，而是因为他能够获得黄色的硫化镉。这种染料虽有剧毒，但所呈现的颜色非常富有艺术气息。

▲黄色的镉赋予梵高的《向日葵》永恒的金色

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