達文西、牛頓等人都未解決，直到愛因斯坦才發現「藍」天的奧秘

還記得曾好奇地問過天空為什麼總是深邃的藍色嗎？對這個問題從兩千多年前的古希臘、古羅馬時代，到達文西、牛頓、瑞利都沒有一個最終答案，直到大牛愛因斯坦出馬才找到了一個科學的解釋。

達文西的光影理論

萊昂納多·迪·皮耶羅·達·文西，他不僅是一位偉大的藝術家，更是一位瘋狂的科學家。充滿好奇的達文西，在他留下的多大700多頁日記中，寫滿他對科學的各種研究和猜想，其中就有關於「天空為何是藍色的」這一問題的答案。

達文西自畫像

達文西為了在繪畫中取得更好的成績，畫出前所未有的藝術作品，他對光線進行了深入的研究和探索。達文西創建了前所未有的光影理論，在此研究當中，他不經意間發現了一個令人不可思議的問題，那就是天空為什麼總是呈深邃的藍色。起初達文西，認為天空的藍色亦是由光影造成，但在隨後觀察中發現，天空的藍色並不會因為時間地點的不同而發生改變。為了弄明白這個問題，達文西不惜爬上了高山去驗證天空的藍色是否會因為地理位置的高低不同而發生改變。

達文西日記中的繪圖

很可惜，直到最終達文西都沒有得到一個科學的答案，也許是限於條件，在達文西看來，天空的藍色一定是光影的原因造成的。不過達文西的研究已經得到了一個初步的結果的，雖說不上有多高正確性，達文西基於他的繪畫經驗以及實際的觀察，認為太陽光在照向地球的過程中，受到物體的阻擋，使得原本是白色的光線照在天空中形成了藍色。

牛頓的色散實驗

作為一個狂熱的鍊金術士，牛頓是十分合格的，因此也造就了牛頓一身無所不通的學識，在物理學、數學、化學、天文學、光學等等學科都取得了非凡的成就，尤其是在物理學、光學和天文學上的成就可謂是前無古人後無來者。

牛頓頭像

牛頓在可謂是光學第一人，他寫就的《光學》一書是現代光學的開山鼻祖。《光學》全名為《光學或光的反射、折射、彎曲與顏色的論述》，不但在書中闡述論證了光的色散理論，，還解析了視覺的成因以及眼睛的作用機制，同時驗證的光不但可以分解，還可以合成等等光學及相關理論。當然，少不了對於光的反射、折射的研究分析，並寫就了相關的光學定律。

我們都知道牛頓曾經用一個著名實驗來證明光的是不同組成，在一個黑暗的房間裡，留下一下小孔，讓太陽光能夠穿透過來，在光線經過的位置上放置一塊三稜鏡，使得光穿過三稜鏡散射在牆上，當陽光穿過小孔和三稜鏡照在牆上時，牛頓得到了7種明顯不同顏色的光留在牆面上。

三稜鏡的光散射

在對光學進行研究的過程種，牛頓亦是對天空呈藍色的奇怪現象進行研究。在牛頓對光進行分解及合成之後，牛頓完成了對這個問題的回答。牛頓認為天空中存在一層類似玻璃的透明物體，它們會與玻璃一樣對光的照射發生散射作用，並且它僅是反射太陽光中藍色光，因此所看到的天空總是呈藍色，而不是其他的顏色。

愛因斯坦的「熵增」原理

在愛因斯坦對天空為何是藍色這個問題進行研究時，丁達爾和瑞利分別進行的研究和解答。19世紀70年代，丁達爾提出了空氣中微顆粒對於太陽光的散射造成了天空呈藍色的解答，但是其答案並不完美；在19世紀末，瑞利發現空氣中氫原子和氧原子都是會對於太陽光進行散射，並且都是藍光，因此他認為天空呈藍色的主因事空氣中氫原子和氧原子的散射造成的，但它瑞利的結論受到了很多的質疑，因為瑞利是以理想空氣來作為對象的，自然界的中空氣與理想空氣存在很大的差異。

1879年的愛因斯坦

在1910年，愛因斯坦在丁達爾和瑞利等人在原有的傳統光學理論上對於藍色天空的認知之上，並且進一步採用該剛剛興起的熱力學理論中的「熵」來對天空中藍色進行研究分析。根據熱力學第二定律中熵增原理，宇宙中的萬事萬物都具有從有序走向混沌的趨勢，但是它還有固定的概率發生熵的高低漲落，也就是說世間萬事萬物都按照一定的概率會在特定的階段趨向於有序，事物的有序和無序混沌在分布上呈現一種特定的概率規律。愛因斯坦在此基礎上，對於空氣進行精心的計算，發現空氣也是有高低漲落的，即便是不含有任何雜質最為純淨的空氣，此種漲落會對太陽光形成散射，同時空氣本身的密度變化也是會造成對太陽光的散射，並且太陽光中的藍色光是最容易被這兩種模式所散射的，因此天空是呈藍色的。

陽光在空氣中散射的簡易圖

簡單地來說，愛因斯坦的理論認為，空氣在「熵」上的高低漲落以及密度變化會使得空氣對於太陽光的散射，且散射的主要是藍光，因此形成了我們所看到的空天呈藍光。從結果上來說，愛因斯坦的理論與瑞利的理論在空氣是理想的不含雜質的純淨氣體上而言是一致的，但是愛因斯坦卻拓展到任意空氣密度。愛因斯坦不但可以解釋天空為何是藍色的，同時還能解釋純淨的水、純淨的玻璃為何呈現藍色的。

結語

白巖松曾在節目中強調說「對於50歲的來說，有兩個挑戰：第一個挑戰是你自己，你是不是還對很多事情好奇，你的人生觀是如何的。第二個就是好奇。」可是，很多人從5歲開始就不再好奇了，不再理會天空為何會是藍色的。