好像 沒有 辦 不 到 的 事 2 。 而 對 材料 科學家 來 說 ， 這 又 是 多麼 棒 的 挑戰 啊 ！ 只要 以 尺寸 合宜 的 材質 製作出 細小 的 孔洞 複合體 ， 就 能 讓 這 個 世界 色彩 繽紛 。 急 著 想 創造 新穎 科技 結構 的 人 ， 一旦 看到 這樣 的 照片 ， 必定 深受 啟發 、 開始 摩拳擦掌 ； 但 要 如同 費曼 所 說 ， 出現 適當 的 人選 「 直接 去 觀察 」 ， 還 得 等上好 一 段 時間 。 蝴蝶 也 是 以 光 干涉 的 方式 顯現 虹彩 ， 其中 最 搶眼 的 要 算是 耀眼 湛藍 的 摩爾佛蝶 。 摩爾佛蝶 產 於 南美洲 ， 共 約 八十 種 ， 展翅 約 十五 公分 ， 最 令 人 眼睛 一 亮 的 當 屬 藍摩爾佛蝶 。 牠們 一般 棲息 於 雨林 深處 ， 但 也 常 飛到 林 間 空地 ， 在 陽光 下 取暖 。 顏色 鮮豔 的 是 雄蝶 ， 因此 顏色 可能 是 用來 求偶 ， 就 像 孔雀 的 尾巴 一樣 。 巴西 原住民 經常 捕捉 摩爾佛蝶 ， 蒐集 翅膀 來 裝飾 儀式用 的 面具 。 目前 有 人 大量 養殖 這 類 蝴蝶 ， 用 翅膀 製作 首飾 及 鑲嵌 木製品 。 使 摩爾佛蝶 翅膀 顯現 藍色 的 結構 ， 是 自然界 最 令 人 嘆為觀止 的 結構 之 一 ， 因為 當 你 看到 它們 在 電子 顯微鏡 下 的 模樣 （ 圖 5.5 ） ， 鐵定 會 說 ， 這 根本 是 人類 的 工藝品 嘛 。 摩爾佛蝶 的 翅膀 覆蓋 了 鱗片 ， 看來 很 像 木板 屋頂 上 鋪 著 木板 瓦片 。 隨著 放大 倍率 不斷 增加 ， 你 會 發現 鱗片 上 有 脊狀 突起 ， 沿著 縱邊 延伸 ； 再 放到 更 大 倍率 ， 完整 的 結構 終於 現身 ， 原來 脊狀 突起 還 延伸出 許多 交錯 排列 的 附屬 結構 ， 而且 愈 靠近 基部 ， 結構 就 愈 龐大 。 這些 結構 看起來 很 像 天線 ， 就 某 種 意義 而 言 也 確實 如此 ， 因為 這 精密 結構 的 每 一 部分 都 有 其 用途 ： 側邊 分支 交錯 排列 ， 使 光線 不會 在 最 頂層 就 反射 回去 ， 而且 分支 的 交替 圖樣 與 光 的 波長 一致 ， 可 進一步 增加 反射 。 藍摩爾佛蝶 會 顯現 虹彩 ， 是 因為 脊狀 突起 和 空氣 彼此 間隔 ， 並 形成 適當 的 間距 ， 會 加強 特定 顏色 的 效果 ； 這 與 前面 所 說 的 「 很多 層 不同 折射率 的 構造 結合 在一起 」 相當 類似 。 摩爾佛蝶 的 光學 系統 經過 細微 的 調整 ， 使得 從 任何 角度 看起來 都 呈現 鮮亮 的 藍色 ， 只不過 改變 視角 時 會 變 得 比較 偏 銀色 。 「 摩爾佛 纖維 」 （ Morphotex ® ） 便是 結構色 最初 的 商業化 應用 ， 它 以 摩爾佛蝶 來 命名 。 這 種 商品 背後 的 原理 就 是 利用 多 層 構造 產生 虹彩 ， 由 日本 帝人 株式會社 （ Teijin Corporation ） 與 日產 汽車 公司 共同 開發 ， 日產 汽車 的 Silvia Varietta 敞篷 跑車 便 採用 這 種 布料 製作 前座 椅套 。 摩爾佛 纖維 看似 帶有 柔和 虹彩 的 細絲 ， 但 顏色 不會 隨 觀看 角度 而 改變 ， 只 是 明暗度 稍 有 不同 。 摩爾佛 纖維 的 色澤 比 摩爾佛蝶淡 得多 ， 凸顯出 仿生 產品 的 上市 之 路 還 有 重重 困難 。 為了 製造 色彩 效果 ， 摩爾佛 纖維 至少 交替 運用 了 六十一 層 的 尼龍 與 聚酯 ， 然而 藍摩爾佛蝶 只有 十 層 ， 卻 創造出 更 鮮豔 的 顏色 ， 關鍵 在於 所 選用 兩 種 物質 的 折射率 差異 。 摩爾佛蝶用 的 兩 種 物質 是 空氣 和 幾丁質 ， 幾丁質 是 構成 昆蟲 外 骨骼 的 成分 ， 兩 者 的 折射率 比 約為 一點五 比 一 。 人造 纖維 則 要求 使用 便宜 的 原料 ， 而且 像 幾丁質 這 種 物質 ， 與 空氣 的 折射率 對比 很 強烈 ， 並 不 適用 於 紡織 技術 ； 尼龍 和 聚酯 則 是 類似 的 物質 ， 它們 之間 的 折射率 差不多 ， 不過 就 需要 用上 比較 多 層 。 如果 能 找到 兩 種 對比 強烈 又 便宜 的 纖維 材料 ， 就 可以 製造出 光彩 奪目 的 紡織品 了 。 海老鼠 的 七彩 通訊器 在 物理學家 嘗試 製造 光子 晶體 的 一九九○年代 中期 ， 生物學家 也 開始 用 顯微鏡 重新 觀察 一些 生物 。 他們 發現 蝴蝶 的 鱗片 有 一些 複雜 的 孔洞 ， 看起來 和 雅布洛諾維奇 試圖 製作 的 光子 晶體 非常 相似 。 從事 後 看來 ， 隨著 電子 顯微鏡 的 性能 愈發 精進 ， 人們 好幾 次 有 機會 發現 自然界 的 光子 晶體 及 其他 先進 的 光學 裝置 ， 但 在 當時 ， 沒 人 知道 要 尋找 生物學 和 光學 之間 的 關聯性 ， 也 就 無從 得知 光子 晶體 這麼 重要 的 概念 。 其實 早 在 一九四○年代 後期 ， 已 有 人 研究 一 種 散發 著 悅目 虹彩 的 生物 ， 牠 的 俗名 平凡無奇 ， 叫 海老鼠 ， 學名 則 非常 貼切 又 閃亮 ， 來自 代表 愛 與 美 的 希臘 女神 阿佛洛狄忒 （ 學名 是 Aphrodita ， 正式 中文 名稱 為 磷沙蠶 ） 3 。 海老鼠 長 得 像 蛞蝓 ， 體長 七 到 十 公分 ， 有 豪 豬 一般 的 長刺 ， 散發 著 虹彩 。 這些 刺 從 某 個 角度 看上去 呈現 紅色 ， 從 另 一 角度 就 變成 藍綠色 ， 這 種 顏色 轉換 方式 正 是 結構色 的 典型 特徵 ， 因為 呈現 的 色澤 取決 於 光線 射入 生物 光學 構造 的 角度 。 呈現 虹彩 的 纖維 是 中空 的 ， 這些 圓柱型 管狀 纖維 順著 長度 的 方向 延伸 ， 從 剖面 看起來 很 像 氣泡 巧克力 的 切片 。 到 了 一九九○年代 後 半 ， 帕克 （ 前面 曾 提 過 他 研究 沙漠 甲蟲 的 集水 機制 ） 在 澳洲 雪梨 的 麥夸利 大學 攻讀 博士 時 ， 著手 研究 複雜 的 海洋 生物 光學 系統 。 他 再三 觀察 海老鼠 的 虹彩 ， 運用 當時 最 新 的 光子學 知識 ， 終於 能夠 說明 泛 著 虹彩 的 長刺 便是 光子 晶體 。 海老鼠 長刺 纖維 的 中空 管道 為 六角形 ， 通道 中 充滿 海水 ， 彼此 的 空間 剛好 能 產生 光子 晶體 的 效應 。 這 與 雅布洛諾維奇 試圖 製造 的 光子 晶體 不盡 相同 。 光子 晶體 可以 是 一 維 、 二維 或 三維 ， 像 雅布洛諾維奇石 就 是 一 種 三維 晶體 ， 而 海老鼠 的 長刺 則 是 二維 ， 順著 纖維 延伸 。 事實 上 ， 這 種 纖維 很 類似 英國 光子 晶體 專家 羅素 （ Philip Russell ） 於 一九九五年 發明 的 光子 晶體 光纖 ， 羅素 的 纖維用 二氧化矽 製成 ， 沿著 纖維 長度 的 方向 有 很多 微小 的 空氣 通道 。 但 這 種 光纖 有 個 問題 ： 如果 整 條 光纖 有 許多 空氣 通道 ， 且 彼此 之間 隔 著 相等 的 間隔 ， 則 光線 無法 沿著 纖維 傳送 。 為 了 讓 光 通過 ， 就 必須 打破 這 種