彩虹与折射

200年后，阿拉伯学者翻译并完善的古希腊科学著作又被翻译成了拉丁语。欧洲的科学家在阅读后，把自己做的实验也添加进去。于是，来自阿拉伯世界的科学向北欧传播，形成了一条科学研究的双向通道。但关于彩虹的理论仍然没有取得突破。

罗伯特·格罗斯泰斯特是欧洲早期一位很有影响的神学家。13世纪上半叶，在成为英国主教之前，他曾在牛津大学和法国任教。在13世纪二三十年代，格罗斯泰斯特写了3篇短文：《论光》（De luce）、《论颜色》（De colore）、《论彩虹》（De iride）。在短文中，他通过说明光在穿过玻璃或水等介质时会弯曲，从而改变物体的外观，甚至会使其看起来更大或更小，来解释光的行进路线。格罗斯泰斯特说，正是这种“折射”产生了彩虹。鉴于他得出这个结论的时间比“透镜”的拉丁文名称最终确定下来的时间还早了80年，这已经非常了不起了。

格罗斯泰斯特认为，阳光会在云层里的潮湿空气中发生折射，这可能会使阳光形成一个扇形，而弯曲的彩虹就是这个扇形的一部分。虽然格罗斯泰斯特还没有弄清彩虹颜色的产生机制，但他提出，根据彩虹颜色的变化可以推测颜色或许具有许多与众不同的特性，这便可以解释它们能够从明变暗、由一种颜色变成另一种颜色的原因。他的解释相当深奥难解，但至少有一部分现代历史学家认为，他的解释与现代人对波长、亮度和饱和度的解释非常相似。这些历史学家未免过誉，但格罗斯泰斯特确实提出了，不同种类的光（不同的“光束”）具有不同的光学特性，它们的折射情况也不同。

格罗斯泰斯特的学生罗杰·培根也研究过光和彩虹。他进行了一番数学运算：假设师徒二人关于折射的想法是正确的，那么，彩虹的高度永远不会大于地平线以上42°。（事实证明，确实如此。）在1268年前后，波兰光学学者威特罗利用以上所有信息计算出红光折射度较小、蓝光折射度较大，并得出结论：彩虹的颜色实际上是由一个个扇形的边缘嵌套而成的。

直到13世纪90年代，关于彩虹的细节问题才得以解决。有两个人分别发表了关于颜色的研究成果，一个是波斯研究者卡玛尔·丁·法里西，另一个是德国的修道士，人称“弗赖堡的西奥多里克”。

法里西给自己的著作起名为《光学纠正之书》（ Kitab Tanqih al-Manazir ）。显然，这是对亚里士多德和海什木的讽刺。法里西在书中写道，他意识到彩虹不可能是明与暗的混合物，简单来说，因为彩虹的颜色不是按照由明到暗的方式排列的，最鲜亮的黄色位于两种深色之间。（根据科学的标准，绿色的亮度是黄色的2倍，是蓝色的5倍，是红色的200倍；不过，根据另一套普遍被世人接受的标准，黄色是最亮的。）而且，还有一种较为罕见的气象学现象，即霓。霓的颜色排列顺序与彩虹相反，这无法用亚里士多德的理论来解释。

法里西和西奥多里克都读过阿拉伯学者、格罗斯泰斯特、培根和威特罗的著述，所以他们二人构想出了相同的实验，这并不奇怪。他们关上了实验室所有的窗户，只留了一个与外界连通的小孔，这样就有一束光能够精准地透过小孔照进实验室。这个实验比艾萨克·牛顿相同的实验早了400年。然而，当时无法生产出高质量的棱镜，所以二人都使用了一个灌满水的玻璃球来妨碍光的行进。法里西和西奥多里克观察到了光是如何落在昏暗的实验室墙壁上的，从而发现，光进入玻璃球后先发生了一次折射，然后在球内发生了一次反射和第二次折射，最后从球内射出。

假设天空中的每一个雨滴都是一个灌满水的玻璃球，那么所有雨滴对光都会起到相同的作用。不同种类的光会发生不同程度的折射，从而共同形成一道彩虹。