自然界中丰富的色彩，给予我们无限的灵感。从很久以前，我们就懂得将那些天然的色素用于浸染服饰和创造艺术，这些染料和颜料会选择性地吸收特定波长的可见光。除此之外，在自然界中还有蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛等许多绚烂夺目的色彩，那些复杂的颜色不仅仅来自于色素沉着，还来自于一些微观结构对光的散射。这些微观结构的大小大致和可见光的波长相同，产生一种被称为结构色的现象。通常，结构色会产生彩虹般绚丽多彩的彩虹色。
我们对彩虹色并不陌生，生活中，这种现象随处可见。当雨后的阳光在进入球形的雨滴后发生弯折、反弹，并在离开雨滴时再次弯折时，不同颜色的光会以略微不同的角度改变方向，从而分裂开成绚丽的彩虹。这是一种通过折射而形成的彩虹色。衍射是形成彩虹色的另一种方法。
例如光盘上有着致密的凹槽，当光从这种复杂的周期性结构上反射时，从凹槽中反射回来的光波也会发生干涉；而光的波长和观察角度则决定了这些反射的光波会彼此增强还是抵消。这种衍射现象正是我们前文说到的蝴蝶翅膀的颜色之所以绚丽的原因。许多物理现象都能产生美丽的色彩。
最近，《自然》期刊上刊登了一篇新的研究，宾夕法尼亚州立大学的材料化学家Lauren Zarzar与同事们发现了一种在以前不为人知的新方法，它是一种基于液滴散射而产生彩虹色的简单机制。这一现象源自于一次偶然的发现。2017年，Zarzar的研究团队试图制作出微米大小的类球状液滴。在这种液滴中含有两种不同的油，其中较轻的油会形成扁豆形状的上层，研究人员希望能将其用作为透镜。
从上看，培养皿中的透明液滴在白光的照射下呈现出不同的颜色，它们的颜色取决于液滴的大小和形状。当用一束白光从上而下地照射这些液滴时，令人惊讶的一幕出现了，在显微镜下，液滴的边缘呈现出不同的彩色，形成圆形的光环。此外，液滴会呈现出彩虹色，它们的颜色会随着视角变化而变化。对于一个固定的视角而言，液滴的颜色由它的大小和形态决定。由于液滴原本是无色的，因此，这些颜色必然是由于光与液滴结构的相互作用而产生的。
通过调整大小、光照角度和曲率，研究人员能够以他们可预测的模式，在透明的水滴中制造出绚丽的颜色。为了探究这种颜色效应背后的物理机制，研究人员进行了一系列的实验和建模。不同于白光通过玻璃时发生折射而形成的彩虹颜色，在新的实验中，研究人员并不能用材料色散（材料折射率随波长的变化而变化）来解释液滴颜色的变化范围以及它与观察角度的关系。
他们认为，这种颜色效应是通过全反射（光从折射率大的介质射入折射率小的界面时，全部被反射回原介质内）过程实现的。在液滴内部，光线沿着液滴的内表面传播，在液滴弯曲的表面来回反射，然后从相反的边缘出去。这些反射了不同次数的光线会相互干涉，使液滴最终获得一种独特的颜色。此外，颜色也与光线通过液滴时的特定路径有关，这就是为什么反射光的颜色对液滴的大小、形态和观察角度高度敏感。
其实，我们并非第一次观察到由于微小液滴对光的散射而产生颜色的现象。大气光学效应，比如彩虹、日冕、光环等现象都是因为阳光和亚毫米级的水滴发生复杂的相互作用而呈现出的绚丽色彩。其中，光环现象与新研究中观察到的颜色效应有一些相似之处。
光环是一种我们通常从上往下观察云层时看见的现象，它是因为云层中水滴散射的光线相互干涉所形成的围绕在观测者阴影周围的彩色光环——如果你恰好坐在飞机上，那么就能在飞机的阴影周围看见这种呈同心圆状的彩色光环。对于光环的出现过程，我们可以用米氏散射理论来解释，但该理论只适用于描述球形粒子的散射，而此次研究中所涉及的粒子并非完美的球形，因此不能直接使用这个理论。
目前，研究人员还无法判断新观察到的液滴颜色效应，是否与大气光环具有相同的物理起源。
这是一个简单却被我们忽视的现象，这些液滴可用于创建二维阵列的像素化图像：通过调整液滴的形状、大小，或者液体的成分，就可以调控每个像素的颜色。若能把这项技术与显示器和传感器结合，或许将会有着令人兴奋的应用前景。