天空為什麼是藍的?終於等到愛因斯坦給出了最終答案

天空是藍色的，這是一個普通得不能再普通的現象。可是天空為什麼是藍色的？這個問題直到1910年才由愛因斯坦解決了。

根據記載，早在兩千多年前，古希臘就有人系統對此進行過研究。由於科學手段的落後，那是對天藍問題的研究還停留在純思辨的階段。近代對天藍問題的研究始於19世紀初，最早是由丁達爾給出了解釋。丁達爾認為，由於空氣中存在塵埃、顆粒、水蒸氣等細小微粒，這些微粒會對光線進行散射，而散射波長正好集中於光譜的藍色區域，因此天空呈現出藍色。這個解釋持續了幾十年之久，是當時的主流解釋。順便說一句，目前國內很多科普書上甚至還採用的這一解釋。

然而，丁達爾的解釋有一個無法解釋的現象，就是不同地理環境下，天空呈現出基本一致的藍色，比如沿海地區和沙漠地區，兩者在空氣溼度，塵埃微粒分布等等方面的大氣條件存在重大差異，但天空的藍色卻並沒有什麼差別。此外，我們現在經常會遇到沙塵天氣或霧霾天氣，天空也並沒有因此散射出藍色。因此，丁達爾的解釋是存在問題的。隨著科技手段的進步，人們認識到塵埃、顆粒、水蒸氣等尺寸是遠大於光波波長的，事實上並不存在微粒對光線的散射，因此丁達爾的解釋漸漸被拋棄了。

那麼天空到底為什麼是藍色的呢？此時的科學家瑞利認為，既然微粒無法散射光線，那一定是氣體分子對光波進行了散射。於是他提出了氣體散射論。通過精心計算，他發現主要是空氣中的氫氣分子和氧氣分子對光線進行了散射。理論值和實驗觀測吻合得非常好。於是，瑞利的解釋逐步成為主流。但是，瑞利在解釋中引入了一個不得不加入的假設，就是空氣是理想氣體。這是一個危險的行為，所謂理想氣體只是一種理論抽象，現實中並不存在。因此瑞利的解釋存在著理論上的天然弱點。對瑞利解釋的爭議始終沒有停止。

就在各方意見相持不下時，最終是愛因斯坦對這個問題給出了最終的答案。愛因斯坦另闢蹊徑，他拋開了傳統就光學研究光學的路子，而是從更高的層面，由熱力學第二定律，根據熵增原理對天藍問題給出解釋。這正是愛因斯坦天才的地方。我們知道，熵增是宇宙的一條基本定律，制約著宇宙進化的方向。具體而言，宇宙萬物都是趨於混沌的。但愛因斯坦天才地發現，這種趨向宏觀上表現為一種概率，也就是說，各種事物總體上是趨向混沌的，但仍有固定的概率實現熵的「漲落」，也就是按一定概率在特定階段趨向有序。有序和無序的分布呈現一定的概率規律。愛因斯坦通過精心計算，發現，空氣的這種漲落，正好符合散射出藍光的要求。通過光學和熱力學的結合，愛因斯坦拋棄了理想氣體的假設，通過熵的原理給出了天藍的解釋。目前這個解釋是科學屆公認的合理解釋。

根據愛因斯坦的理論，不光天空是藍色的，純淨的海水也是藍色的。這也說明海水藍色並不是反射的天空的顏色。甚至純淨的水，純淨的玻璃，都是藍色的。而這些都已被現代科學實驗所證實。一個普通的現象，蘊含著一個深刻的真理，並且被一個偉大的科學家揭示。這正是科學的魅力。