彩虹大概是我们拥有的最接近真实魔法的事物了。它们就像美丽的、幽灵般的幻影出现在天空中，就在雨过天晴，阳光初露之时，天哪，它们让你感到快乐，不是吗？
就像所有看似神奇的事物一样，当你了解了彩虹背后的科学原理，它会变得更加美妙。让我们从基础知识开始。
彩虹到底是什么？
阳光看起来是白色的（至少对人眼来说是这样）。实际上，它由许多不同颜色的光组成，包括所有的“彩虹”色——红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫。这是人类可见的光谱。
某些物质，如水，会折射光线，使其分离成不同的波长。光的波长决定了它的颜色。短波快速地来回摆动，而长波则蜿蜒前行。在可见光谱中，红色波长较长，而紫色波长较短。所有这些不同的波长结合起来，对我们来说看起来是白色的，但如果你能将它们分开，就能看到单独的颜色。
空气中的水蒸气一直在反射、折射和散射光线，但通常是在许多不同的方向上，所以你不会看到一个清晰的彩虹。只有当来自单一方向的直射光线照射时才会出现，而不是白天时遇到的漫射阳光。
雨暴风雨过后，空气中悬浮着更多的水滴，随后的阳光常常从一个方向照射过来。想象一下，一个下午有几缕阳光穿透云层——这就是彩虹出现的绝佳条件。你也可以在瀑布的薄雾中，或者海浪的喷溅中看到它们。
彩虹的弧形形成是因为入射光线在空气中的每个水滴内部反射，然后折射出来。你可以从这个图表中清楚地看到。
因为光线以 42 度的角度离开水滴，所以当你站在阳光照射方向下方 42 度的地方时，你总能看到彩虹。换句话说，如果你从你的头部画一条线到彩虹，再回到太阳，这个角度将始终是 42 度。不过，太阳必须在你身后，因为光线会沿着它来的大致方向反射回来。当你面对太阳时，永远看不到彩虹。
无论你站在哪里，看起来彩虹似乎真的以某种物理形式存在。也许它 perched 在山顶上，或者 stretching 横跨海洋的地平线。无论哪种方式，它实际上并不在你认为它所在的地方。如果你看到一个人背对着你，似乎站在彩虹下面，那个人并不是看到他们头顶上的彩虹——他们看到的彩虹几乎和你看到的完全一样，只是更远一些。每个人都在以相同的 42 度角看到它。
彩虹中的颜色比“彩虹色”多
我们称之为光的“可见光谱”更准确的名称应该是“人类可见光谱”。我们的眼睛可以接收 390 到 700 纳米之间的波长，因为我们的眼球后部有称为视锥细胞的特殊细胞，它们可以将这些波长解释为特定的颜色（提醒：红色在较长端，而紫色最短）。
但折射的不仅仅是阳光的可见部分。紫外线（比紫色短）和红外线（比红色长）在一定程度上都会被折射，我们只是看不到它们，因为我们的眼睛无法捕捉到。不过，有些蛇可以看到红外线，所以对它们来说，彩虹的红色边缘会多出一个额外的色带。蝴蝶和蜘蛛，以及其他昆虫和许多鸟类，可以看到紫外线，所以它们也会在彩虹的紫色部分之外看到一个额外的色带。
狗和猫，以及大多数非灵长类哺乳动物，看到的彩虹更少。它们不像人类那样拥有三色视觉，所以它们只能看到可见光谱的一部分。灵长类动物几乎都有三种类型的视锥细胞，每种都专门用于可见光的一个特定区域，它们共同作用让我们在一定程度上看到所有颜色。大多数其他哺乳动物只有两种类型的视锥细胞，因此看到的颜色更少。许多色盲的人也有类似的问题——他们的一种或多种视锥细胞类型无法正常工作，所以他们看不清楚光谱的某些部分。（还有其他类型的色盲，但缺失视锥细胞是最常见的。）
你甚至可能看不到和另一个人一样的彩虹
少数幸运的人类天生就多了一个视锥细胞，这似乎让他们能够看到可见光谱中更多的颜色。这些颜色很难描述，因为我们确实没有名字，但我们认为像螳螂虾这样的其他一些动物也能看到彩虹中更多的颜色。
还有一个有点争议的观点是，一些文化实际上能够区分更多的颜色。例如，纳米比亚北部的辛巴族人对绿色的称呼比英语使用者多得多，辛巴族人可以区分对外部人士来说看起来完全相同的绿色。一种理论认为，正是因为辛巴族人对这些色调有词汇，所以他们才能学会区分。批评者说，辛巴族人就是天生能看到这种差异，因此才有这些色调的名称。1
同样，俄语使用者比英语使用者更能分辨出蓝色的色调，俄语对蓝色有两种分类——一种浅色，一种深色——而不是一种。英语显然有很多描述蓝色的词汇，但我们仍然将它们归为一个大类。俄语将其分开。
这一切意味着，根据你说的语言，你看到的彩虹可能和你身边的人看到的彩虹不同。我们的眼睛可能在生理上感知相同的光波长，但如果你的大脑处理这些光线的方式不同，你就会“看到”不同的颜色。颜色主要存在于你的大脑中，而不是你的眼睛里。
2015 年，Business Insider 发表了一篇文章，这篇文章本身基于Radiolab 的一个节目，似乎流行了一个最初在 BBC 纪录片中讲述的关于辛巴族人的故事，声称因为该部落没有区分绿蓝的词汇，所以他们实际上无法区分蓝色的方块和绿色的方块。该纪录片错误地解读了研究。辛巴族人当然可以看到蓝色——他们只是识别蓝色方块的速度比英语使用者慢。颜色感知和语言相关这一点仍然成立，但这并不是说有些人因为没有某个词语就完全看不到蓝色。你可以在这里阅读更多相关内容）。 ↩︎
