蓝蝶的光辉

4.蓝蝶的光辉

沈致远^［1］

庄生之梦再浪漫，也想不到蝴蝶竟会变出这么多花样。

这是我第三次写蝴蝶了，第一次是《蝴蝶效应》，第二次是《帝王蝶掀起的风波》。那两次介绍的都是“好事者”借题发挥，利用蝴蝶来做文章，这次写的却是蓝蝶自身令人叹为观止的真本领。

亚马孙^［2］丛林中的雄性蓝蝶带有醒目的彩虹般蓝色光辉，有人说在半公里外就能看到，还有人说乘小飞机飞越丛林竟能看到下面蓝蝶扇翅膀发出的蓝色闪光。蓝蝶的光辉如此强烈，其奥妙在于它的翅膀具有独特的光学性能。有的竟能反射70％的蓝色光线，远远超过蓝色涂料^［3］的反射率。这引起了科学家和工程师们很大的兴趣，正在对其原理进行研究。

人们在一百多年前就发现蓝蝶的翅膀有独特的光学性能，但直到最近才开始了解其反光机理和精巧的结构。蓝蝶的翅膀上覆盖着许多由单个表皮细胞构成的微小的几丁质^［4］鳞片，这就是触摸蝴蝶翅膀时会沾手的粉。用显微镜观察鳞片，发现鳞片表面刻有许多平行的脊状突起物。用更高倍的显微镜观察脊的截面，发现其中包含着许多平行排列的羽状物，“羽毛”的主干两边生出若干分支，分支的长度沿主干从根到梢逐渐变短。这种结构类似于人造的多层介质^［5］反射镜，但结构更为精巧。

人造的多层介质反射镜由许多层透明介质所构成，其反射光具有很强的方向性：对接近垂直入射的单色光线具有极高的反射率，但对斜入射光线的反射率却很低。换言之，观察者只能在很小的角度内看到反射光束，略为偏离就看不见了。令科学家们大吃一惊的是：蓝蝶翅膀的反光是广角的，能见的视角竟高达一百度！可以在很大范围内看到。蓝蝶翅膀的这种奇妙光学性能的秘密在于其羽状物的分支并非完全位于同一平面内，而是各具有略为不同的倾斜角，这种安排使得反光的视角大为增加。蓝蝶的翅膀也具有颜色选择性，其羽状物的尺寸恰好能增强蓝光的反射，而且其分支越多，反光就越强，一种具有10到12个分支的蓝蝶翅膀能反射70％的蓝光；另一种具有6到8个分支的蓝蝶则仅能反射40％的蓝光，但后者仍比蓝色涂料的反光率高出一倍以上。蓝蝶翅膀的反射光颜色随不同的视角略有变化，从蓝色到紫色，一直延伸到人眼看不见但蓝蝶能看见的紫外线。

蓝蝶耀目的光辉干什么用呢？原来是用来作为其占领区的警号，使别的雄性蓝蝶在远处就能看到，知所趋避。它的蓝光越强，其示警作用就越显著。物竞天择，适者生存。亚马孙丛林中亿万年的自然选择，使得蓝蝶进化到具有如此奇妙光学性能的翅膀。英国和美国的一些大学、公司和军事部门正在研究蓝蝶的反光机理，想加以仿造，应用于各个方面。

首先想到的应用是：既然反光如此强烈而醒目，就可以用来作为公路上的路标，以及在危险地区工作的工人们穿的工作服。另一个可能的应用是改善电脑的平面显示器，现有的液晶显示器不仅亮度不够，而且视角很小。模仿蓝蝶翅膀的反光结构，有可能使两者都得到显著改善。

军事部门感兴趣是为了将之用于可随环境变换的新型迷彩伪装。原来蓝蝶翅膀的反射光颜色是由羽状物的尺寸决定的，改变尺寸就可以变换颜色。他们希望仿蓝蝶翅膀的反光结构用于迷彩伪装，利用调节其微结构的尺寸来变换反光的颜色，使之更接近于环境的色彩。例如可用于水陆两栖军用车辆，在水中行驶时变为闪耀的银白色，在陆上行驶时变为花斑的草绿色，像变色龙那样神出鬼没，岂不大妙！

可以想象得到的另一个应用是时装，如能仿蓝蝶翅膀做出具有特殊反光性能的衣料来，少女穿上由这种衣料制成的时装，将在时装展示台上大出风头。鲜艳的反光不仅使得坐在大厅最后排的观众都感到光华耀目，而且当她转身时各个不同部位会显出如彩虹般的不同色彩，翩翩然如穿花蛱蝶。

最重要的应用是有价债券的防伪。现代彩色复印机已能仿造出几可乱真的假钞，犯罪分子很容易用来作案，致使假钞泛滥，防不胜防。但是再先进的复印机也无法伪造出具有精细立体结构的蓝蝶翅膀来。一家印制塑料钞票的公司对此感兴趣，认为具有极大的应用潜力。制造假钞的罪犯们做梦也想不到，亚马孙丛林中美丽的蓝蝶将成为他们的克星。

纽约州立大学的一位昆虫学家说：“蓝蝶做到了工程师们试着做却未能成功的事，它精细地调节了翅膀的反光率。”另一位研究者说：“人们看到其复杂性，感到模仿并非易事。”迄今为止，正在研究中的人造模仿物，在光学性能上仍无法与蓝蝶的翅膀相比。

自古以来，蝴蝶就被认为是极富浪漫色彩的，不是吗？从庄子的“庄生梦蝶？蝶梦庄生？”富含哲理的迷思（参见书前彩图），到梁山伯祝英台双双化蝶的凄美神话，无不勾起人们浪漫的遐想。有感于此，曾写过一首小诗：

蝶　　梦

蝶舞花丛中

窃笑庄生痴

物我本一体

何分彼与此

那是多年前的往事了，如今蓝蝶又为蝴蝶的神话增添了新的篇章。原来蝴蝶的翅膀上也有如许奥妙，使科学家自叹弗如，工程师竞相仿效。如今在花丛中翩跹的蝴蝶窃笑的恐怕不只是庄生的痴，还有那自命为“万物之灵”的尚欠聪明。

沈致远著《科学是美丽的——科学艺术与人文思维》，上海教育出版社2002年版

【注释】

［1］沈致远，江苏溧阳人。浙江大学毕业后留校任教20年。1980年应邀赴美，先在大学任教授，后转工业界。现在杜邦公司中心研究院担任杜邦院士（DuPont Fellow），从事高温超导电子学研究。近年来，致力于提倡科学文艺。业余爱好：思考、阅读、写作、艺术、摄影、旅游。

［2］亚马孙：位于拉丁美洲的巴西西北部，也称亚马孙平原，占巴西总面积的三分之一，是世界上最大的热带雨林区。亚马孙河是世界上水量最大的河流。

［3］蓝色涂料：多由透明树脂漆、闪光剂、蓝色发光剂按比例混匀组成。主要用于自行车、摩托车、汽车的表面涂装，且可广泛用于交通行业、建筑装饰业、广告宣传业、安全消防部门、宾馆、歌舞厅及家具的涂饰。它具有适用范围广、装饰性高、夜间（或暗处）能发光的特点。

［4］几丁质：又名甲壳胺、甲壳质，是甲壳类动物（如虾、蟹）、昆虫和其他无脊椎动物外壳中的甲壳中的甲壳质，经脱乙酰化（提取）制得的一种天然高分子多糖体，是动物性的食物纤维。属于地球上最丰富的天然高分子化合物之一，无毒，可生物降解，具有良好的生物相容性。

［5］介质：一种物质存在于另一种物质内部时，后者就是前者的介质；某些波状运动（如声波、光波）借以传播的物质叫做这些波状运动的介质。

【助读】

这是一篇优美的科普小品。作者以明快流畅的文笔，以人们的认识习惯作为组织材料的顺序，围绕蓝蝶翅膀独特的光学性能——光线反射率极高，反射光具有广角性和颜色选择性，展现了生物科学的魅力。本文开头，用对比、拟人的修辞手法，并从不同的角度先极力渲染蓝蝶光辉的迷人之处，激发读者阅读的兴趣，再分别从触觉和视觉上简单介绍了蝶翅的反光机理和精巧结构，并用数字说明的方法，分别与人造多层介质反光镜和蓝色涂料的反光率作对比，说明了光线反射率高的程度，进而从仿生学的角度，在科学应用的多个方面说明蓝蝶的科学价值。文章以引用科学家的评价和“庄生梦蝶”的典故，融入自己诗意般的感受作结，兴味无穷。

本文语言简洁而生动，如，“那两次介绍的都是‘好事者’借题发挥，利用蝴蝶来做文章，这次写的却是蓝蝶自身令人叹为观止的真本领”，同时用对比、拟人的修辞手法，引出说明对象；在介绍蝶翅的反光机理和精巧结构时，作恰如其分的比喻：“翅膀上覆盖着许多由单个表皮细胞构成的微小的几丁质鳞片”、“包含着许多平行排列的羽状物”，是暗喻，从而形象地解释了蓝蝶的反光机理——羽状物的分支各具不同的倾斜角，所以反光是广角的；“像变色龙那样神出鬼没”、“翩翩然如穿花蛱蝶”，又是明喻，将应用技术蕴涵的深奥的科学道理，阐述得浅显易懂。

【思考与练习】

1.查阅庄子梦蝶的典故，如何理解文中小诗《蝶梦》中“物我本一体”的含意？小组讨论后，写出讨论记录，在班上交流。

2.观察研究一种动物，写出观察研究报告，在班上宣读。