让巧克力变成彩虹色，靠的不是色素，而是物理_风闻

　　撰文 | Skin

　　说起彩虹色的巧克力，你心里想：那又有什么好稀奇的。现在有了色素和其他添加剂，想做什么样的巧克力不简单？

　　说起彩虹巧克力，你脑子里出现的是彩虹形状的巧克力（上）还是彩色的巧克力（下）？| Pixabay

　　不过科学家想的真没这么简单。有一天，食品科学家、材料科学家和物理学家在走廊上相遇了，他们在休息时间谈论起了日常生活中司空见惯的巧克力，于是他们想：有没有可能在不用任何色素和添加剂的情况下，让巧克力本身变成彩色？

　　众所周知，巧克力是由可可豆的产物：可可脂和可可粉制成。除了没加可可粉的白巧克力之外，一般的巧克力本身是棕色。所以，想改变可可粉本身的颜色是一件不可能的事情，因此只能从巧克力的表面下功夫。

　　在进行了多种尝试之后，科学家们成功地在没有添加任何色素的情况下，在巧克力表面制造出了这种五彩斑斓的闪光。这款看似有魔法的“彩虹巧克力”，在不同角度的光照下都会变幻出不同的彩色光线。

　　同一块巧克力在不同角度下的效果，真·五彩斑斓的黑。| ETH Zurich/Giulia Marthaler

　　彩虹色巧克力可以随着角度的变化而变化 | ETH Zurich/Giulia Marthaler

　　虽然这款巧克力看起来像是魔法世界中才有的产物，但是它原理却没有那么难。只需要巧克力调温后将其倒入特制的3D模型中就制作完成了。“任何人都可以在家做这件事情。”一位成功做出彩虹色巧克力的制作者说。因为这种神奇巧克力背后的原理就是光的衍射。

　　巧克力表面的彩虹色并不是色素和染料形成的，也没有任何涂层或者其他特别的成分，它是由巧克力表面本身形成的。这种彩色能够随着光线和角度的变化而变化，叫做****结构色（structural color）**，是通过光的散射、干涉和衍射形成。**这种不断变幻的色彩出现在肥皂泡，贝壳、很多昆虫翅膀的表面，都是物体本身的微结构对光的作用形成的虹彩效果。

　　肥皂泡发出的这种彩色光不同于色素和染料的彩色，叫做结构色。| Wiki

　　不过，由于光的衍射对于物质本身的反射性有要求，想要使巧克力表面发出彩色的光，就必须先请材料学家出马，让巧克力表面变得非常光滑和稳定。这就涉及到巧克力的调温。

　　构成巧克力的可可脂是一种特殊的脂肪，在不同的温度下，它会有不同的晶体形态。比如在17°、23°、34°等等都有不一样形态的晶体，而巧克力的调温，就是通过调节温度，让可可脂形成一种完美的可可晶体。我们经常看到有人在大理石板上翻切巧克力，实际上就是在调温。

　　在调温的过程中，可可脂中的不稳定的晶体会全部分解，然后重组形成完美的晶体。当不断地搅动，完美的巧克力晶体会相互连接在一起，形成一个紧密的网络。这样完美状态下的巧克力，硬度和稳定性都是最佳的，而且还具有光泽的外壳。

　　没有调温的巧克力，看起来不稳定也不均匀，更没有丝滑的口感。

　　当衍射的条件形成后，研究小组开始考虑在巧克力表面做一些文章，他们准备了一种带有锯齿状的，几微米宽的凹槽模具，将巧克力倒在里面定型，这就相当于在巧克力表面刻上了衍射光栅****。

　　光的衍射是光波遇到障碍物时偏离了直线传播的路径，而发生了弯曲和散射。以单缝衍射为例，当光波通过一个大缝隙的时候，就相当于通过了无数个小的狭缝，每个狭缝中的光源就像往水中投入的石子一样，会泛起圈圈波纹。这些波纹相互叠加，就发生了光的弯曲和散射。

　　惠更斯原理示意图。波遇到障碍物时会发生衍射。这些光波会像水波一样互相叠加，这就发生了光的弯曲和散射。| Wiki

　　在反射时，光的衍射现象也是同理，也能够发生光波的叠加。当白光照射到反射面上时，白光被分散成不同色光，就呈现出了彩虹的效果。我们生活中最常见的例子就是光盘。看似光滑的光盘表面上，其实包含着螺旋型分布的细密轨道，光盘信息就记录在轨道中。这形成了圆形反射光栅，使得白光被分解，就变成了我们肉眼看到的彩虹色。

　　光盘表面的细密轨道，形成了反射光栅。| Youtube@Applied Science

　　彩虹巧克力的表面也应该是雕刻上了锯齿状的条纹轨道，就形成了和光盘相似的彩色效果。

　　另外，衍射效果和光的波长相关，在巧克力表面想要发生明显的衍射现象，就需要锯齿的间距和光的波长相近。可见光的波长范围一般是0.36-0.4微米~0.76-0.83微米。研究者们正是将巧克力的锯齿状凹槽模具宽度选取在几微米，让反射光发生明显衍射现象，也就有了神奇的“彩虹巧克力”。

　　说起刻平行凹槽，我脑子里↑ 

　　结构光这种看似神奇的现象其实并不罕见，却常常被我们忽视。比如蝴蝶翅膀上的鳞片，当我们把它放在显微镜下时，会发现翅膀鳞片有许多半透明的薄膜，薄膜之间充满了空气，这种结构让光发挥魔力，形成随角度不断变化的绚丽色彩。

　　变色龙、蓝闪蝶和昆虫皮肤上都有一些微结构，能够散射特定的光，显示出绚丽的色彩 | web.archive.org

　　总之，只要能够在巧克力表面成功刻上均匀、平行，并且间隔接近可见光波长的图案，那彩虹色巧克力就做成功了，的确每个人都可以试一试，这可能是世界上最好吃的衍射光栅。

　　苏黎世理工大学的企业已经做出了彩虹色巧克力的模具，把巧克力倒进模具，就能出现彩虹色巧克力的效果啦！（想玩） | morphotonix.com

　　巧克力：我变色了，也变强了。