⾃孩童时起，我们便⽤⼿中的蜡笔，去描绘这个多彩的世界。春⽇园中盛放的花朵、夏⽇⾬后⾼挂的彩虹、秋⽇⽥间⾦⻩的⻨穗、冬⽇枝头洁⽩的雾凇……⻓⼤后，我们有的拍摄照⽚、有的录像剪辑、有的登⼭徒步，因为我们都⽆法抗拒，来⾃⾊彩的感动。那么，我们的世界，为何有缤纷的⾊彩？答案很简单，因为有魔法。彩虹⾊并⾮彩虹独有。说到彩虹⾊，我们每个⼈都能脱⼝⽽出：红橙⻩绿蓝靛紫。
学过物理后，我们也都清楚这正是可⻅光光谱的构成。之所以看上⽩的太阳光可以被“分解”成这样丰富的组分，正是发⽣了⾊散现象的缘故。⾊散是基于折射产⽣的。折射定律告诉我们，光从⼀种介质运动到另⼀种介质时，传播⽅向会发⽣改变，⽽这个改变的具体值取决于光在两个介质中的相对折射率。然⽽，不同颜⾊的光其实对应着不同波⻓的电磁波，他们在同种介质中的折射率并不⼀致。
这就意味着当⼀束由不同波⻓的光混合成的光从⼀种介质到达另⼀种介质，不同波⻓的光就不再沿着同⼀⽅向⾏进，这便是⾊散现象。太阳光正是这样的⼀束光，它包含了可⻅光波段的⼏乎所有波⻓的光。于是，便有了我们⽿熟能详的⽜顿三棱镜⾊散实验——⽤三棱镜将阳光分解成不同⾊光。然⽽，这个实验已经被我们的⼤⾃然⽆数次做过，实验结果便是那⼀道道象征着美好的彩虹，以及我们不经常提起的霓与晕。
霓与虹不仅形成原理相似，⽽且会相伴出现。当阳光射⼊在空⽓中的⼩⽔滴，就会在界⾯处发⽣⼀次⾊散现象。不同⾊光经过⼀次或两次折射再出射就会分别形成虹与霓。由于每⼀次反射都会改变⼀次⾊光的相对位置，且会使得能量有⼀定损耗，所以霓不仅与虹的颜⾊相反，且同时出现时其亮度明显弱于虹。如果阳光穿过的不是⼩⽔滴，⽽是在⾼空云层中的⼩冰晶，也会经过类似的折射形成彩⾊的光环，称为⽇晕。
讲到这⾥，我们可能产⽣了⼀种想法：只要是七彩的便是⾊散现象的结果。可惜，事情并不这样简单。彩虹⾊并⾮⾊散独有。如果你经常刷各个平台的⽂章或视频，很可能看过“七彩祥云”的报道。这种彩云的成因是光的衍射现象。光具有波动性，当它经过与其波⻓相当甚⾄更⼩的物体时，可以改变原来的直线传播⽅向从⽽绕转到遮挡物的背后，称为衍射。⽐如⽇光在经过⼩⽔滴时就可能发⽣衍射现象。
这种⾏为在定量上是与波⻓有关的，因此不同波⻓的光如果遇到了同⼀⽔滴，其衍射⾏为存在差异，因此也会起到区分的效果。彩云的形成原理便是⽇光通过云层时由于在⼩⽔滴周围发⽣衍射⽽呈现出七彩的颜⾊。其实，彩云是华的⼀种。除了太阳光直接形成的⽇华，被⽉⾯反射⽽得到的⽉光也可以形成华。当夜晚⽉亮较为明亮且周围被云层围绕时，我们可以看到在云层中形成的美丽光晕，这便是⽉华，其本质也是衍射现象。
此外，薄膜⼲涉或多层膜⼲涉等情况也可能产⽣缤纷的⾊彩。在前⾯我们提及太阳光的组成是，提到了“包含了可⻅光波段的⼏乎所有波⻓的光”。这⾥为什么要⽤“⼏乎”⼆字呢？这也与“产⽣”颜⾊的机理有关么？让我们从光谱讲起。光谱的概念正源⾃⾊散。当复⾊光（即多种波⻓的混合光）经过⾊散系统后得到不同波⻓的光，再将这些光按照波⻓顺序排列就形成了光谱。最完整的光谱应该指电磁波谱，⽽可⻅光谱对应着其中⼈眼可看⻅的部分。
按照这样的思路，我们⾃然可以将太阳光的不同波⻓的组分排列起来形成光谱，并称为太阳光谱。可是……为什么很多波⻓的位置是“暗线”？这意味着太阳光丢失了⼀些特定波⻓的光！如果我们相信太阳发出的光是连续的，那么有⼀种可能就是，这些特定频率的光被阳光传播路径上的某些物质吸收掉了。根据当今量⼦物理的理论，我们认为每个原⼦的核外电⼦都具有不同的能级。
电⼦可以吸收特定频率的光⽽跃迁到更⾼能量的能级，也可以发射出特定频率的光从⽽跃迁到更低能量的轨道。对于原⼦组成的分⼦，也同样具有类似的能级概念，称为分⼦轨道。需要强调的是，每种不同的原⼦或者分⼦的轨道能量是有独特性的，⽽吸收或者发出的光的频率也是有特征性的，因此我们可以通过检测它吸收或者发出了什么频率的光来确定原⼦或者分⼦的类型。
利⽤这样的思路，我们可以通过查看太阳光谱暗线的特定频率对应着什么种类的原⼦或者分⼦，从⽽判断太阳光所穿过的太阳外层结构以及地球⼤⽓层中存在着何种原⼦或者分⼦。以夫琅和费为代表的科学家从事了这样的⼯作，因此太阳光谱的⼀些特征暗线也被称为夫琅和费线。再进⼀步想，假设有⼀种透明的材料，那么太阳光会先经过该物质的内部⽽后到达⼈眼。该物体的颜⾊取决于什么呢？
如果某个波⻓被吸收了，那么就到不了⼈眼；如果某个波⻓的光被发射出来，那么就可以到达⼈眼。综合这两种效应，诸如宝⽯这种透明的材料，其颜⾊正是取决于发射光（若有）与⾮吸收光的叠加。⽐如红宝⽯可以吸收蓝绿光、紫光⽽不吸收红光以及部分蓝光，因此呈现红⾊或紫红⾊。不难想象，如果某种材料在可⻅光区基本没有光的吸收，就会呈现⽆⾊透明的样⼦，如玻璃。
看来，这个“⼏乎”不仅是⼀种严谨的表述，还关联着光的特征吸收与发射现象。蓝天、⽩云与太阳是我们⼏乎每天都会看到的三个事物。有趣的是，我们恰好可以问三个内含关联的问题：天为什么是蓝的？云为什么是⽩的？为什么朝阳、夕阳是红的，正午太阳却偏⽩？之所以说内涵关联，因为他们有共同的答案：散射。散射现象是指传播中的辐射（如光线）受到局部的作⽤⽽改变直线轨迹的⾏为，局部作⽤被称为散射中⼼。
如果形象点说，传播中的辐射就像⾜球，当它与某个物体发⽣碰撞（如撞在球⻔上）就会改变路线。散射有很多种，其中包括瑞利散射和⽶⽒散射等。瑞利散射的特征是，强度与光的频率f的四次⽅成正⽐，这意味着频率⾼的蓝紫光的散射会显著⾼于频率低的红光。阳光穿过⼤⽓层时，会发⽣瑞利散射，频率较低的红光会基本沿直线传播，⽽频率较⾼的蓝紫光会被散射向四⾯⼋⽅。
我们看向天空相当于并不直视太阳，因此看到的会是被散射的部分，应为蓝紫光。⼜由于紫光易被⼤⽓吸收，很难到达⼈眼，这就解释了为何天空是蓝⾊。⽆论是旭⽇东升还是夕阳⻄下，阳光穿过⼤⽓层的距离较⻓，蓝紫光会被充分散射掉，因此红光会被格外突出地显示出来。在中午时，阳光基本垂直照射，穿过的⼤⽓层距离较短，散射不充分，因此呈现⻩⽩⾊。前⾯所说的瑞利散射适⽤于散射中⼼尺⼨远⼩于光波⻓的情况。
如果散射中⼼尺⼨基本与波⻓相当，就要遵循⽶⽒散射的规则。云中的颗粒粒径基本符合⽶⽒散射的要求。这时散射强度不再显著依赖于频率，于是不同颜⾊的光被散射的程度没有明显差异，故⽽云看上去是⽩⾊。刚刚我们提到了透明物体的颜⾊取决于光线透射过程中被吸收的情况以及发射的情况。那么对于不透明的物体呢？⽐如我们开头提到的花朵、⻨穗。其实不难想到，我们不仅可以看到透过（透明）物体的光，也可以看到从物体表⾯反射的光。
在反射发⽣时，也会有⼀些光线被物体吸收，⽽剩余的可以反射回来。如果物体可以吸收⼀切可⻅光，就会呈现⿊⾊。如果吸收⼀部分光，如叶⽚中叶绿素等吸收红光和蓝紫光，叶⽚整体就会呈现剩余混合光的颜⾊，即绿⾊。花朵、书桌、染料等都是类似的原理。折射与⾊散、衍射与散射、吸收与发射、透射与反射，正是这样丰富的光学现象使我们的世界变得绚烂多彩。
于是，我们⽆论何时何地看向任何⼀个⽅向，⼏乎都能感受到颜⾊带给我们的震撼或温度。