漫反射是人眼能够看到物体的必要条件吗

王伟民

摘要：以生活中的一些常见光学现象为例，分析教科书将物体发生漫反射作为人能够看到物体必要条件不妥的原因，并提出修改方案。

关键词：漫反射；光线；颜色；强度；白化天

不同物体的表面对光的反射特性不同。光滑表面的物体可以使一束平行入射的光束仍平行（或接近平行）反射而出，如果入射光平行，则反射光集中在某一特定的区域；而粗糙表面的物体，尽管入射光平行，反射光束也不再平行，而是射向四面八方。为了研究问题的方便，物理学将这两种不同的反射，前者定义为镜面反射，后者定义为漫反射。

各种版本的教科书在给出镜面反射及漫反射定义之后，都对人眼能够从各个不同方向看到物体与物体发生漫反射间的逻辑关系进行描述，尽管语句不尽相同，但要表达的意思是一样的。

“正是由于桌椅、书本等物体会对照射到其上的光线产生漫反射，我们才可以从不同方向看到它们”（人教社八年级物理上册75面，2012年版）。

“多亏有漫反射，我们才能从不同方向看到不发光的物体，想一想，这是什么道理？”（沪科版八年级物理全一册56面，2012年版）。

从“正是……，才……”、“多亏……，才……”这些关联词语的运用来看，教科书将物体发生“漫反射”视为“人眼能够从不同方向看到物体”的必要条件。换言之，如果物体不能发生漫反射，人们将看不到物体（至少不能从各个不同方向都看到物体）。笔者以为，这样的叙述欠妥，我们很容易举出一些相反的例子来推翻它。在室内放一块平面镜，镜子表面发生的反射肯定是镜面反射，不是漫反射，但是，只要有光照，室内的人们不论站在哪个角度，都可以从不同方向看到这块镜子！

教科书之所以有上述错误论断，是因为将“有光线进入人眼”作为“人们能够看到物体”的条件了。实际上，不仅教科书有这样的观点，在很多相关的物理资料中也可以找到这样观点的论述，并且这些资料还会举出相关的“实例”来进行佐证——闭上眼睛人们看不到物体，是因为光线不能进入眼睛；漆黑的夜晚没有光源照射时，人们看不到物体也是因为没有光线射入人的眼睛。

实际上，上述理解是片面的，当然也是错误的。人眼能够“看到”物体所具备的条件，不是说要有光线进入人眼，而是观察的对象及其周围物体或空间进入眼睛的光线不同——光的强弱不同或光的频率不同（频率不同的光，给人的感觉是颜色不同），只有观察对象与周围环境之间进入眼睛的光线有强弱或颜色的对比时，人们才能够感觉到物体的存在，否則，不论从物体处有无光线进入人眼，如果从观察对象物体处进入眼睛的光线与周围环境相比没有区分度，或者根本没有光线进人人眼的话，人眼都无法感受的物体的存在。

举个例子，白纸上写红字，放在暗室中，只让红光照射，人眼只能看到一张红纸，看不到纸上所写的字，原因是，字和周围的纸反射的是强度和颜色相同的色光，没有了区分度，所以，字也就从纸上“消失”了。再比如，地球的南极有一类极端天气现象，叫做“白化天”：若气温极低，空旷的原野全部被白色的积雪覆盖，当狂风将地面积雪卷到天空时，阳光经地面冰雪反射后射向空中，再被空中悬浮的小冰晶散射，周围空间将是一片混沌，天地间失去了界限，人就像被白色的牛奶包围一般，这时，雪中的行人将分不清路面的高和低，景物的远与近，因为从周围空间进入眼睛的光线是强度一样的白色，哪怕脚前是陡峭的悬崖，人眼也很难“看”得到，人在这样的环境走山路是非常危险的，稍不留神，就可能失足跌入万丈深渊。以上两实例说明，从物体处有光线进入人眼，人们未必能够“看到”物体。

反过来，从物体处没有光线进入人眼，人眼也不一定看不到它——白天，室内放一个黑色的物体，我们仍可以清楚的“看到”物体的位置和大小，原因是黑色物体虽然不反光，但是物体周围有光线进入我们的眼睛，周围背景和我们要看的物体会形成鲜明的光的强弱及颜色对比。假如是漆黑的夜晚没有光源照射，那么眼前将是一片黑暗，不要说我们的观察对象黑色物体，此时周围的所有物体，不论它们在阳光下是什么颜色，现在都变成了同一个色彩“黑色”，人们将什么物体也看不到——此时观察对象与周围的背景不再有光的强弱和颜色的对比。

这就是说，人眼是否能够“看到”物体，不是因为是否有光线进入人眼，而是取决于从所观察对象及其周围的背景处进入眼睛的光线，是否有强弱或颜色的对比。

发生镜面反射的物体，在平行光（比如太阳光）的照射下，反射光线集中在某一特定区域，在有反射光线的区域内，人面向反射面时，感到物体特别亮，在其他区域，基本上没有反射光线进入人的眼睛，感到物体很暗，甚至有可能“变成”了黑色。而发生漫反射的物体，在光线（不论是平行光还是自然光）的照射下，反射光线都是射向四面八方，人在各个不同方向面向物体时，都有光线进入人眼，如果反射向各个方向的光强度均匀分布的话（一般粗糙物体的表面在自然光的照射下都是如此），人在不同方位看到物体的明暗和颜色是一样的漫反射与镜面反射的区别仅此而已。因此，一个不发光物体的表面，不论是发生镜面反射还是漫反射，只要从该物体射向人眼睛的光线与周围环境射向人眼睛的光线有区别，人眼都能看到物体（当然，要想看到物体的细节，除了细节部位要有足够大的尺度外，物体的不同部分射向人眼睛的光线要有强度或颜色的区别）。

所以，笔者以为，教科书中的这句描述人眼能够从不同方向看到物体与物体发生漫反射逻辑关系的语句，改为“发生漫反射的物体，在自然光的照射下，我们从不同方向观察时，物体的颜色和明暗不会有明显的差别”才妥当。endprint