海市蜃樓是一種有趣的光學現象，最常見的蜃景例子是“溼路”效應，在炎熱夏天的馬路遠方可以看到路面積水的景象，這是一種下蜃景。在有些罕見的海市蜃樓中，甚至可以看到遠處的地景和建築物。那麼，海市蜃樓是如何產生的呢？這種現象能否在實驗室中進行重現呢？

海市蜃樓其實就是一種自然光學現象，與時空錯亂之類的原因無甚關係。簡單來說，大氣中的熱梯度和折射率變化會使光線發生彎曲，導致物體可以在比實際位置更高或更低的地方被看到，從而產生視錯覺。

在自然界中，海市蜃樓的出現與空氣密度差異有關。如果想要在實驗室中模擬這種情況，需要一個受熱面來改變空氣的密度。溫度越高，密度越小，折射率也就越小。不過，想要精確控制空氣密度差異比較困難。

事實上，蜃景效應也可以透過使用不同溫度的水或不同密度的混合液體來實現[1]。要使蜃景實驗有效，關鍵是要獲得足夠穩定的折射率梯度。

在下蜃景中，物體被看到的位置比實際位置要低，這就像在“溼路”效應中，我們看到的其實是天空，而不是道路。如果隨著高度的增加，密度逐漸增加，那麼，折射率也會隨之增加，穿過其中的光線就會向上彎曲。

相反，如果折射率隨著高度的增加而逐漸減小，就會出現上蜃景。本來遠處的景物是不可見的，但經過光線折射會產生上蜃景，使得景物出現的位置高於實際位置，所以觀測者就能看到遠方的景物。

除此之外，還能在實驗室中重現側現蜃景。Michael Vollmer等人[2]利用一種U型的加熱通道，可以看到一個玩具小人旁邊出現多重影像，這就是側現蜃景。

不過，想要再現自然界中那種大規模的複雜蜃景是不現實的，目前沒有條件來做這種大型實驗，實驗室與自然界完全不在一個能量水平。但不管怎樣，自然界中出現了海市蜃樓都存在對應的原景，海市蜃樓並非什麼特別的存在。

參考文獻

[1]T López-Arias, G Calzà, Luigi Gratton, S. Oss, Mirages in a bottle, Physics Education, 2009, 44: 582-588.

[2] Michael Vollmer, Robert Greenle, Halo and mirage demonstrations in atmospheric optics, Applied Optics, 2003, 42: 394-398.

生活在海邊或沙漠邊的人們有時會突然發現遠方出現樓房、樹木等美麗景色，不久之後這些景象就會消失，這就是海市蜃樓現象。物理上是可以在實驗室重現海市蜃樓現象的，那具體應該怎麼操作呢？別急，我們要先來了解海市蜃樓形成的原因。

光在均勻介質中沿直線傳播，這是初中就學過的東西，那光在非均勻介質中怎樣傳播呢？答案是一條曲線。

我們知道，光在不同介質中傳播速度不同，有些介質中傳播速度快，有些介質中傳播速度慢，兩種介質做比較，光在其中傳播速度相對較快的叫做光疏介質，這類物質對光的折射率小，傳播速度相對較慢的叫做光密介質，這類物質對光的折射率大，光從光密介質傳向光疏介質會向遠離法線一側偏折。

我們周圍的空氣密度是不均勻的，密度大的空氣與密度小的空氣做對比，密度大的是光密介質，密度小的是光疏介質，所以光在空氣中傳播時會向密度小的空氣一側偏折，即我們常見的光路彎曲現象。

光發生折射現象時，同時發生折射與反射現象，如光從空氣傳播到水中時，在水的上表面處理發生反射，同時在二者接觸面發生折射。當光從光密物質傳向光疏物質時，光線偏離法線一側，光線折射角大於入射角，當入射角達到某一角度時，折射角會達到90度，此時折射光線消失，只剩下反射光線，這種現象就叫做光的全反射現象。

OK，理解了光的全反射，就容易解釋海市蜃樓現象了。自然界存在兩種形式的海市蜃樓，一種發生在海上或海邊等水量比較大的地方。

我們以海上為例。海水錶面以上空氣溫度有這樣一個特點：越往上空氣溫度越高，密度越小，所以海平面以上的物體反射的光線在向上傳播過程中，會逐漸向遠離法線一側偏折，某一位置折射角達到90度，出現全反射現象，之後光會沿著相反的路徑傳播，如下圖

站在岸邊的人接收到光線，以為光線是從上面傳播過來的，所以看到的物體的像在海面以上。

另一種海市蜃樓常出現在沙漠中。

沙漠中空氣特點與海面恰好相反，越靠近地面空氣溫度越高，密度越小，越向上空氣溫越低，密度越大。

所以沙漠中地表以上的物體反射的光線在向下傳播時會向遠離法線一側偏折，某一位置折射角達到90度，發生全反射，之後光路傳播方向相反。如下圖

站在遠處的人接收到光線，以為光是從下面傳播過來的，所以看到的物體的像在地表以下。

實驗室中可以準備一個玻璃缸，儘量大一點為好，在缸中裝入80℃左右的水，水的高度要在玻璃缸高度一半以上，接著用漏斗向玻璃缸中注入飽和蔗糖溶液。

蔗糖溶液與清水混合過程中，新形成的溶液密度不均，從上至下出現密度分層，因此不同層的水對光的折射率不同，光線在這樣的水中傳播時會出現光路彎曲。新形成的溶液從上至下密度逐漸增大，即對光的折射率逐漸增大。

當把一個發光的小燈泡放在玻璃缸左下方時，從玻璃缸右側觀察，就會觀察到燈泡的像出現在左側上方。即海市蜃樓原理。

可以。不過實驗室的不那麼壯觀。

在大自然中的沙漠、海面、雪原、湖面…往往會在空中看到亭臺樓閣、城郭樹林、人車喧囂等美麗的幻景，在宋代的蘇東坡就在《海市》中有過描寫：“予聞登州海市舊矣…東方雲海空復空，群仙出沒空明中。”

海市蜃樓簡稱蜃景，是一種特殊的光折射現象，是光在垂直方向不同密度的空氣中傳播時發生的折射。如果上面空氣密度大，下面空氣密度小，光向上偏折，蜃景出現在上空，為上蜃景；反之則在地下，為下蜃景，沙漠常出現下蜃景。並是在風平浪靜的天氣，空氣不易流動。

方法如下：

一個玻璃水槽；一個扎滿小孔的有機玻璃板；一根塑膠管；用1000ml水：15g食鹽的比例。先向水槽注入15cm深的鹽水，蓋上有機玻璃蓋，用塑膠管向玻璃板上注清水，一邊注清水一邊向上提玻璃板。清水位有4cm高時停止注水，拿來玻璃板。清水與鹽水便會相互滲透，逐漸形成梯度液體。這時可將房子等模型置於旁邊，後方放上臺燈等光源，就能在液體梯度下方看到模型的倒影，便是蜃景了。

如果想在上方看到蜃景，可將酒精倒入下方，上面再注水。

這是本人曾實驗過的一個最簡單易行的方法，有興趣的可以一試。