24　为什么烟花五颜六色？

为什么烟花是五颜六色的？学过初中化学的人都知道这叫焰色反应。不同金属化合物燃烧时的颜色不一样，例如铜是绿色，钾是紫红，钙是橘黄。但焰色反应背后的具体原因是什么呢？初中化学里没有讲清楚，因为这涉及量子力学的知识。

为了理解焰色反应背后的原理，我们要了解四个物理学知识。第一个物理学知识很简单，我们知道光其实就是电磁波，而可见光则是波长在380~760纳米范围内的电磁波。光有不同颜色，是因为它们作为电磁波的波长不一样，红光的波长长，蓝光的波长短。焰色反应发出不同颜色的光，就是因为不同金属化合物在燃烧的时候，释放出的光的波长不一样。

第二个物理学知识叫作能量最低原理。任何一个物理系统，它最稳定的状态一定对应能量最低的状态。譬如一瓶水，它如果是立在桌子上，你轻轻一推它就倒了，但如果它本来就倒在桌子上，你轻轻一推，它是不会自己站起来的。倒着的水瓶的重心比立着的水瓶要低，它的重力势能比立着的时候低，总能量更低，所以它更稳定。这就是能量最低原理的一个展现。

第三个物理学知识叫能级量子化。我们知道原子是由带正电的原子核和带负电的电子构成的，电子在原子核周围运动，随着运动情况的不同，电子的能量有可能高也有可能低，譬如电子运动速度快一点的话，它的能量就高，慢一点的话能量就低。但是原子里电子的能量是量子化的，什么叫量子化？就是它的能量不是随便取什么值都可以的，它只能取几个特定的值，每个值之间有一定的间隔。也就是说，原子里电子的能量不是像一个滑梯一样，什么值都可以连续地存在，而是跟阶梯一样，只有特定的一些值可以存在。

第四个物理学知识叫能量守恒定律，也就是能量不能凭空出现，也不能凭空消失，一个封闭系统内的总能量永远是不变的。

有了这四个知识的铺垫，我们就能更好地理解焰色反应了。

金属在燃烧的时候，原子里的电子由于温度升高，会获得更多能量，于是它就会处在能量较高的状态，术语叫作电子会往更高的能级“跃迁”，但高能量的状态是不稳定的。根据能量最低原理，这些电子最终会落到原来的能级，掉下来之后，电子的能量降低了，再根据能量守恒定律，电子的能量不能凭空降低，这些能量必须转化成其他形式的能量，于是这些能量转化成光释放出来，光的波长决定了它看上去是什么颜色，这就形成了焰色反应。

不同金属原子的能量等级是不一样的，它里面就好比有能量高低不同的台阶，不同金属原子里电子能量的变化不一样，释放出的光的波长也就不一样，于是就出现了五颜六色。烟花的火药里面有不同金属的化合物，我们可以根据不同种类的火药配比，放出不同颜色的烟花。

所以你看，放烟花这么一个日常生活中很常见的事情，它里面的物理知识可不少，甚至已经触及量子力学的领域了。生活中处处是科学、处处是物理。