公园里的三五个小孩，一手拿着泡泡液，一手扬着沾了泡泡液的塑料圈，轻轻一吹，便吹出了一串串彩色的肥皂泡。有个小孩抬头看了看天上一直变幻着色彩的泡泡，又低头看了看手里透明的肥皂液，忍不住向小伙伴发问——“泡泡的颜色，是从哪儿来的？”
“我也不知道，大概是泡泡有魔法？”
那个发问的小孩就是我，而多年以后我才明白，组成这个万千世界的颜色有两类，一类是色素色，一类是结构色。
比起结构色，我们更为熟悉的是那些来自色素的颜色，这些色素可以是天然的，也可能是人工合成的。青菜、茼蒿、西兰花这些蔬菜的绿色大多来自于天然叶绿素，番茄、西瓜、木瓜则会含有较多红色的番茄红素，甜菜、枸杞、红心火龙果的红色则来自于天然的甜菜红素，蓝莓、西梅、黑加仑的紫色则往往富含着花青素。彩色巧克力豆外表那层鲜艳的脆皮，它们的颜色则来自人工合成的食用色素。
这类颜色的出现，是由于物品中含有色素，而色素的化学结构能够吸收特定波长的光、把剩余的可见光反射到人眼中，而形成我们看到的颜色，属于色素色。
那些不含色素、看起来透明却也能产生颜色的物体，则是一定是通过特殊的微观结构形成了结构色。生活中常见的比如吹出来的彩色泡泡，CD的背面；自然界中的不少动物们也拥有结构色，有如蝴蝶的翅膀、孔雀的羽毛。
每种结构色都有着不太相同的形成原理，而肥皂泡泡呈现彩色，原因就藏在它一层薄薄的膜里。由于肥皂泡的薄膜有厚度，当自然光照射到薄膜上，它会经薄膜的上、下两个表面，分别反射出多条频率相同、振动方向相同，但是存在恒定相位差的光线。当我们人眼接收到反射出的光线，就看到了颜色。
自然光在经过肥皂泡薄膜的反射时，会产生不同波长的色光，比如波长较长的红光、波长较短的蓝光等等。当自然光在薄膜的上、下表面分别发生反射，会产生多条反射光。多条反射光的波形，可能重合也可能交错。这是因为反射光之间存在着相位差，加上薄膜的厚度不确定，波形不一定能重合。
同一色光的反射光，若波形重合，对应的颜色就会增强；若波形交错，颜色就会减弱。在实际情况中，肥皂泡薄膜由于重力等原因，厚度并不均一，因此同一色光的波形是重合还是交错，非常随机。赤橙黄绿青蓝紫，每种色光都可能因为波形重合而被加强，继而在泡泡上呈现出来——这也就是我们能在泡泡上看到各类颜色变幻多样的原因。在光线照射下，肥皂泡薄膜产生多样的结构色的现象，就被称为单层薄膜干涉。
其实这种由薄膜结构产生的颜色并不罕见。当你在厨房刷洗着油乎乎的锅碗瓢盆，油在水池里铺成薄薄的油膜时，也会出现漂亮的色彩。它和肥皂泡的色彩同出一辙，只是少有人会称赞厨房油污的美貌罢了。在大自然，有些昆虫的翅膀就是一层厚度不等的透明薄膜，在阳光下扑棱时，翅膀便能干涉出多种颜色，比如蜻蜓，在阳光下翅膀就可以呈现出的丰富结构色。
当把两种薄膜贴在一起时，情况就更复杂了。由于两种薄膜对光的折射能力不同，光线经过它们时相当于连续发生了两次单层薄膜干涉。生长在阴暗低光环境的翠云草就有着这样的双层薄膜结构。这一结构存在于叶片上层表皮的外侧细胞壁内，促使叶片发出蓝紫色或是蓝绿色光泽，而这种光泽被认为有助于提高植物的光合作用效率。
如果把双层薄膜看作是两种不同材质上下交错堆叠的话，那么二维光子晶体就是堆着一摞不同材质的棍子，不仅上下交错，左右也有变化。二维光子晶体的出现，让绿头鸭的颈部羽毛除了有着浓艳蓝绿色，更泛着金属般的光泽。2015年，比尔肯大学的图拉尔·胡季耶夫茨等人在《科学报告》上揭开了绿头鸭这一羽色的奥秘。当研究者把绿头鸭颈部羽毛放置到光学显微镜下查看，发现入射光角度较小时呈现绿色，而角度变大后呈现蓝色。
这种随着光线入射角度变化而变化的颜色，便是典型的结构色特征之一。
那么维度再上升一档，三维光子晶体是什么样的呢？大概就像在微观世界玩海洋球了——对光有着不同折射能力的晶体，可以堆叠成三维的结构，在上下、左右、前后三个维度自由地排布，通过干涉产生更多样的色彩。2015年《自然·通讯》就曾报道豹变色龙表皮横截面的微观结构。
来自日内瓦大学的热雷米·泰西耶等人发现，雄性豹变色龙表皮的两种虹彩细胞中，紧密地排列着纳米级的鸟嘌呤晶体，形成了三维光子晶体。变色龙受到刺激后，这些晶体的排布间隔会改变，从而影响皮肤对光的折射能力，最终呈现出变色效果。
这些结构色的研究也激发了科学家们的脑洞创新：如果利用光学结构生色，是不是染色、打印的时候都不用色素了？
在2020年6月，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的比拉尔·帕特尔等人以结构生色的原理，研发出了可呈现多种颜色的3D打印墨水。这款墨水采用的材料是特殊的嵌段共聚物，你可以把它想象成重复出现A和B结构的分子，形成了以ABABAB形式排列的化合物。等打印出来后，墨水里的溶剂慢慢蒸发，共聚物发生微观相分离，也就是分子中的A和B片段会出现空间分离：A和A抱团、B和B在一起。
如此一来，可以形成周期性的空间排布，在光线照射下，就能轻松产生结构色。
于是，通过控制打印的速度和温度，我们可以使用同一墨水呈现出从红到蓝的丰富颜色变化。传统的绘画中，画师需要通过更改三原色的比例来调色；而我们用这种墨水进行打印时，只需要比照着色卡，调节打印的速度和温度，就能作出彩色画了。想象一下，当结构生色的技术能大量运用于服装工业时，你还愁一款衣服不知道买哪个配色吗？
说不定到手的衣服，在阳光晴好的日子里是黄色，在阴雨绵绵时会变成蓝色，走进昏暗的室内后还能再变一种色。更棒的是，这种因微观结构而产生的颜色，怎么洗都不会掉色。