我这么优秀，姑娘为什么不喜欢我？

Original 2018-01-25 吴尚飞 中科院物理所

作为一个优秀的物理学博士，虽然量子力学固体物理门儿清，对自己的未来规划也非常明晰，一切都在有序进展，可就是自己的个人大事就像拖延症重度患者，迟迟完成不了任务。刚上大学时，我制定了半年确定目标一年脱单的计划，如今博士都要读完了，还是一只单身狗。我这么优秀，为什么姑娘不喜欢我？

小马师弟就经常收到女孩子们的零食大礼包、手织围巾、手套等，他非常苦恼：“追我的女孩子太多了怎么办？”所以师兄们深有同感，一直苦口婆心地劝导他：“女人这种生物太麻烦，一个都不要理！”

我个人认为各方面不输给他，实验手法我不差，编程我比他强，发文章比他多，除了长得没他好看之外，并不觉得自己哪里不如他。

就在昨天晚上，在我坚持不懈一个月的诚（狂）恳（轰）邀（乱）请（炸）之下，隔壁学校的女神终于同意约会了！！！

这次绝不能再让脱单计划落空！！！本着完美主义，我这个强迫症一夜没睡，迅速地从知乎豆瓣整理好约会秘籍。秘籍在手，天下我有。

趁着女神还没来，我迅速回顾了一下秘籍第一条：赞美女神。远远地，我看见一个雪球向我滚来，定睛一看，是女神。女神带着口罩，裹着被子一样的羽绒服，帽子还戴歪了。

就算这样，我也要赞美：“你今天的妆好美。”

女神：“今天没化妆。”

我：“素颜也美。”

女神羞涩一笑。很好，成功地闯下第一关。

秘籍第二条：无意中展示自己宽广的知识面。这点我最拿手了，我素有知识渊博的美称，让女神崇拜我，简直易如反掌。考虑到女神文科背景，我决定从最简单的生活常识入手，以看似不经意的方式展示我的才华。

这时，女神说：“今天天气真好，天好蓝，好美。”

天？蓝？嘿嘿，到了我出场的机会了。

“你知道天为什么是蓝色的吗？”我心中窃喜，学文的女神肯定不懂光学知识。

“光散射中有著名的瑞利散射理论,该理论的特点是散射强度与波长的四次方成反比。清澈的天空呈现出蓝色和大海的蓝色与光的瑞利散射密切相关。空气分子对蓝紫光的散射能力强于红绿光，蓝紫光被散射到空间中，因此我们看到的天空大多是蓝色的。海水分子对蓝紫光的散射能力较强，同理，我们看到的大海也是深蓝色的[1]。”

“哦，对了，与空气分子对光的瑞利散射相比，空气分子的密度涨落对可见光的瑞利散射是更本征的，也会造成我们看到的蓝天[2]。”

女神顺手捡起路边地树枝，在地上画了这样一张图：

空气分子无规则涨落示意图

画完后，还冲我比了一个剪刀手。

没想到竟然失算了，我一个堂堂物理学博士怎么会被这点困难打倒！瑞利散射理论只适合散射微粒远小于光波长的情况，但是当空气中存在大微粒，比如灰尘，烟雾，水滴和来自污染物的颗粒时，散射方式发生变化，瑞利散射就不适用了。

烟雾

我决定增加难度：“那你知道云朵为什么是白色的吗？”她肯定是恰好知道了瑞利散射，这一定是巧合，嗯！

“这个可以用米散射理论解释。米散射理论是由德国物理学家古斯塔夫·米(1868—1957)于1908年首先提出，他从电磁理论出发，进一步解决了不同尺寸均匀球形粒子的散射问题[3]。”

我惊呆了，她为什么连这个也知道！

女神来了精神，重新捡起刚刚扔在地上的小树枝，扯了扯我的衣角，示意我蹲下，我眼神楚楚可怜，像极了一只小狗。

女神接着说：“首先来引入一个参数如何刻画散射体的大小，我们以入射光的波长作为参考，定义一个无量纲的参数尺度数α = 2πr/λ来作为判别标准[3,4,5]：

当尺度数α远小于0.1时，适用于瑞利散射，散射光在各个方向上；

当尺度数α≥0.1 时, 需用使用米散射，散射光集中在前向方向上；

当尺度数α>50 时, 适用于几何光学，光沿着直线传播。

米散射示意图[4]

随着散射体尺寸的增加，光的前向散射(米散射)越来越强，光线越来越集中在入射光的方向上传播，在极限情况下，光将沿着直线传播。

更近一步，根据该理论，下图展示了水滴的散射效率因子随尺度数α变化的曲线。

散射效率因子随尺度数的变化趋势[3,4]

随着水滴的相对尺度增大，散射效率因子随波长已经基本不变，约等于2，说明各种波长具有几乎相同强度的散射，而且散射光中各种波长的比例也和入射光中的相一致。即散射的强度跟波长无关。云滴的半径常在3~6μm，远大于可见光波长（0.38~0.78μm），α约为16~69，根据米散射理论此时照入云朵的太阳光，其各波段散射的强度与入射时比例一致，即所见仍为太阳光的白色。这就解释了为何云朵是白色的[4]。”

不愧是我看上的女神，竟然连这个也懂得。我也不能输呀，赶紧接着说：“回答得很好！！！米散射理论在现实生活有着广泛的应用，比如用于雷达散射，可以探测飞机、火箭和导弹。利用米散射，还能探测城市及郊区范围内的气溶胶的空间及时间变化，是城市大气污染监测与控制的理想探测手段[4]。”

我真是太机智了！！！不过，一个文科生怎么对物理这么了解？

“因为我一直在关注物理所的公众号呀，看，这里面还有最近发的拉曼散射原理图呢！”

拉曼散射效应

“你怎么会关注我们所的公众号呢？”

“你的师弟小马推荐给我的呀。对了，你有小马的手机号吗？我微信联系不到他了。”

参考文献：

[1] L. Rayleigh, Phil. Mag., 47, 375 (1899)

[2] A. Einstein, Ann. Physik, 33, 1275 (1910)

[3] 激光光散射谱学，张明生著，科学出版社，2008，p134

[4] 百度百科https://baike.baidu.com/item/%E7%B1%B3%E6%95%A3%E5%B0%84

[5] 维基百科 https://en.wikipedia.org/wiki/Mie_scattering