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爱因斯坦后期信过神(为什么天空是蓝色的)

生活科普1年前 (2023)发布 爱搜
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还记得《十万个为什么》告诉你:“为什么天空是蓝色的?”和丁铎尔空气颗粒散射模型

我记得当我还是个孩子的时候,当我解释为什么天空是蓝色的时候,它可能意味着:“空气中有许多小物质,如灰尘、颗粒、水蒸气和水滴。当阳光通过空气时,这些物质可以阻挡蓝光、紫光、靛蓝光等波长较短的颜色,使这些光散射到其他方向,使天空呈蓝色。”

事实上,《十万个为什么》中的解释基本上来自19世纪中叶英国物理学家丁铎尔的蓝色天空散射模型。

基于丁铎散射模型,天空变蓝是由颗粒、水滴、水蒸气和水晶对太阳蓝光的散射引起的;那么,空间的蓝色和深度应该与空气中的湿度有很大关系,应该由于天空中的湿度变化而变化。潮湿地区和沙漠地区的天空蓝色差别很大,但人们发现,在潮湿地区和沙漠地区,天空的颜色是相似的蓝色。

然后在19世纪末,英国物理学家丁铎尔的蓝色天空散射模型——可以称之为空气粒子散射模型,受到质疑。

为什么天空是蓝色的——瑞利空气分子散射模型

19世纪末,英国物理学家瑞利注意到,即使空气中没有颗粒、水蒸气等颗粒,也是空气中的氧气和氮分子,对阳光也有散射作用,蓝光系统也容易散射,所以瑞利认为空气中的氮和氧分子散射可以形成“天空是蓝色的”的主要原因。

然而,空气分子可以散射,但这并不意味着整个空气将是蓝色的。前提是,如果空气分子非常均匀,无论空气分子有多少,都不会有“蓝天”。事实是,就像我们生活中的镜子一样,它可以反射和反射,基本上不会散射。

幸运的是,空气中的分子基本上是独立的,不干扰或很少干扰,所以空气中的分子是不规则的随机分布,然后当太阳通过空气层,因为蓝色光分散,所以天空是蓝色的结果。

为此,瑞利在1899年的《蓝天的起源》中写道:“即使没有外来颗粒(瑞利认为丁铎所说的空气中的颗粒、水蒸气和水晶属于外来颗粒),我们仍然会有蓝天。”

瑞利对天空是蓝色的解释更有说服力,很快就成为主流,而丁铎尔的颗粒散射模型被抛弃了。

然而,瑞利空气分子模型的本质是定义空气是理想的气体,这是他不严重但不可忽视的缺点,因为空气毕竟不是理想的气体。

为什么天空是蓝色的——爱因斯坦的空气涨落模型

1910年,爱因斯坦港开发的熵(混乱测量理论)的统计热力学理论证明了瑞利天蓝空气分子散射模型的缺陷——即使是最干净的空气也有起伏,空气本身的密度也能散射出太阳中的蓝光,而且不多不少,正好散射出我们能看到的蓝天。

从爱因斯坦的空气涨落模型中,我们可以简单地理解为什么天空是蓝色的——空气中有无法消除的“杂质”,即空气本身的涨落。空气密度对阳光的散射形成了蓝天。

就这样,爱因斯坦奠定了一个完整的理论,尽管天蓝的起源物理不是爱因斯坦创造的。

从这个角度来看,瑞利和爱因斯坦的空气分子模型和空气涨落模型是解释蓝天的普遍适用理论——这不仅解释了纯空气中的蓝天现象,而且解释了为什么纯水和纯玻璃是蓝色的。

本文参考文献(图文来自网络,侵删):2012年第五期《事实是力量》杂志郑文钵文章《为什么天空是蓝色的》,

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