冰是透明的，雪為什麼看起來是白的？
― 同樣是「冰」，外觀卻差這麼多的原因
冷凍庫做出來的冰塊，是能看穿到另一側的透明塊狀物。但從天上飄下來的雪，或是堆積起來的雪，看起來卻是純白的。明明都是凍結的水（冰），外觀為什麼差這麼多呢？
拿起一塊冰，你會發現即使模模糊糊，也能透過它看見另一側物體的形狀。相對地，雪人或積雪則是完全不透光、白得刺眼。
冰和雪的成分完全相同，都是凍結的水。可是一個透明，一個卻是白的。造成這個差異的，不是顏色本身，而是冰的「聚集方式」不同。
雪的構造，到底和冰有什麼不同呢？
大塊冰的內部，幾乎都是均勻的冰，光線不容易受到阻擋，可以順利前進。
光每經過一次雪的結晶與空氣的交界，就會被改變方向（散射），朝各個方向散開。
接下來，我們依序來看這個「光散射方式的差異」。
為什麼一整塊冰是透明的
光每經過性質不同的物質交界（例如空氣與冰的分界），一部分就會反射，行進方向也會被彎折（折射）。大塊冰的內部，幾乎沒有這樣的交界。只有在表面會發生少量反射和折射，其餘的光不受阻礙，容易直直前進，所以能看見另一側的景色。
雪是由無數細小冰粒與空氣間隙構成的
雪是空氣中的水蒸氣凍結而成，是非常細小的冰晶大量堆積的狀態。結晶與結晶之間，含有許多空氣間隙。也就是說，雪的內部存在著數不清的「冰」與「空氣」這兩種不同物質的交界。
它只是無數無色透明的冰碎片聚在一起，讓光四處亂反射，所以看起來是白的。
光在冰與空氣的交界，一再改變方向
在雪中前進的光，每撞上冰晶與空氣的交界，就會一點一點地反射、折射。由於交界的數量非常多，光在雪裡會被一次又一次地改變方向（多重散射），最後朝各個方向散開，從雪裡跑出來。這些朝四面八方散開的光進入我們的眼睛，雪就顯得亮得刺眼、看起來是白的。
雲、肥皂泡沫、牛奶、碎玻璃等，本來應該是無色透明或半透明的東西，卻看起來是白色的現象，在生活中很常見。其中許多和雪一樣，原因之一被認為是大量細小的顆粒或氣泡聚集在一起，讓光一再散射。
可以自己動手驗證的事
- 準備一塊透明的冰（製冰機或冷凍庫做的都可以）
- 確認冰是能透光的之後，用乾淨的布等包起來，敲成細碎的冰（請注意安全）
- 觀察敲碎的冰（像刨冰的狀態），確認透明感有什麼改變
- 確認敲得越細碎，看起來就越白
只要把一塊透明的冰敲碎，就能親眼看到它變得像雪一樣白。
總結
冰看起來透明，是因為擋住光的交界很少，光容易直直穿過。而雪看起來是白的，則被認為是因為有無數細小的冰粒與空氣間隙，光在這些交界不斷改變方向，朝各個方向散開。同樣是「凍結的水」，聚集的方式不同，外觀就會完全不一樣。
雪的白不是染上了顏色的白，而是無數細小的光反彈層層累積而成的、透明的集合體。
想知道更多的人 ― 名詞、數值與課本的關聯從國中理化到研究中的話題，明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理化會學到的範圍
- 高中高中「物理基礎」會學到的範圍
- 高中＋高中「物理」，或課本中屬於進階、專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程（光學）的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」教，是研究者目前正在探討的話題
國中名詞：關於冰與雪外觀的詞彙
- 折射：光在性質不同的物質交界改變行進方向的現象。
- 散射：光撞上物體後，朝各種方向散開。
- 多重散射：光反覆多次散射。
高中用算式驗證：每經過一個交界，直進的光會減少多少
假設光每經過一個交界，就有一部分改變方向，我們用簡化的模型來計算持續直進的光所占的比例。
直進的光的比例 ＝ 前一次的比例 × 0.5（每經過一個交界）
| × 0.5 | 依據「每經過一個交界，約有一半的光改變方向」的概略模型 |
| 通過第 1 個交界後 | 100 × 0.5 ＝ 50 |
| 通過第 2 個交界後 | 50 × 0.5 ＝ 25 |
| 通過第 3 個交界後 | 25 × 0.5 ＝ 12.5 |
| 通過第 4 個交界後 | 12.5 × 0.5 ＝ 6.25 |
| 結果 | 只通過 4 個交界，直進的光就減少到約 6% |
實際的雪裡，被認為存在比這多得多的交界，從這個簡化的計算也能想像，即使是很薄的一層雪，光也很難直直穿過。
※「一個交界 50%」這個數值，是為了方便理解原理而簡化的概略模型。實際的比例會隨冰粒的大小與堆積的緊密程度而改變。
高中＋為什麼每種顏色的散射都一樣
雪不會偏向某種特定顏色，而是均勻地呈現白色，被認為是因為冰對可見光的任何波長（顏色）幾乎都不吸收，容易讓光通過。所有顏色的光都同樣被散射，混合後進入眼睛，因此被辨識為白色。
大學處理多重散射的光學模型
在光學領域，針對雪或雲這類大量微小粒子讓光反覆散射的現象，有研究採用統計方法來建立模型。這類模型對於精確估算雪的反射率（反照率）也很重要。
研究目前還不清楚的事
- 雪晶的形狀與密度，對反射率（反照率）的影響能細到什麼程度，在光學與雪冰學領域，至今仍在持續深入研究。
- 隨著全球氣候變遷，雪與冰的反射率會如何改變，又會如何影響氣溫上升（稱為雪冰反照率回饋的現象），也是氣候科學的重要研究課題。
- 從人造衛星精確觀測雪與冰狀態的遙感探測技術，也持續在研究開發中。
在純白的雪景背後，也有光學與氣候科學交會、至今仍在研究的豐富主題。
與課本的關聯（依程度）
| 程度 | 科目、單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・光的性質 | 折射、散射、多重散射的基本名詞 |
| 高中 | 物理基礎・光的反射與折射 | 每經過交界光就減少的計算 |
| 高中＋ | 物理・光的波長與顏色（進階） | 各種顏色的吸收沒有差異的原因 |
| 大學 | 光學 | 多重散射的統計模型與反射率 |
| 研究 | 雪冰學、氣候科學（研究中） | 雪冰反照率回饋、遙感探測技術 |
- 物理學相關教科書中，關於光的反射、折射與散射的解說。
- 雪冰學相關資料中，關於雪的光學性質（反射率）的解說。
- 氣候科學領域中，關於雪冰反照率回饋的研究回顧。
- 光學領域中，關於多重散射建模的研究回顧。
- 遙感探測領域中，關於衛星觀測雪冰監測技術的解說。
※ 交界處光的變化比例，是為了方便理解原理而簡化的概略模型。實際雪的光學性質，可能會隨結晶的形狀與密度而改變。
※本文是為一般讀者撰寫的科學解說。玩冰或雪的時候，請務必留意在容易打滑的地方跌倒，以及因寒冷造成的身體不適。