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藍天(tiān)的顏色原理

傳統觀點樂創者打印導出插件6.4.4 官方版

藍天(tiān),其實是地球的大氣層。中國基礎教育與科普界(jiè)主要沿用19世紀中葉英國物理學(xué)家丁鐸爾(John Tyndall,1820-1893)的理論來解(jiě)釋“藍天(tiān)”出現的原因,盡管該觀(guān)點後來被(bèi)證實並不完全正確。

晴朗的天空是蔚藍色的,這並不是因為大氣本身是藍色的(de),也不是大(dà)氣中含(hán)有藍色的物(wù)質,而是由於大氣分(fèn)子和懸浮在大(dà)氣中的微小粒子對太陽(yáng)光散射的結果。由於介質(zhì)的不均勻性。使得光偏離原來傳播方向而(ér)向側方散射開來的現象,稱為(wéi)介質對光的散射。細微質點的散射遵循瑞利定律:散射光強度與波長的四次方成反比。當太陽光通過(guò)大氣時,波長較短的紫、藍、青色光最容易被散射;而波長較長的紅、橙、黃色光散射得較弱,由於這種綜合效應(yīng),天空呈現出蔚藍色。

這是因為太陽(yáng)光線射人大氣層後,遇到大氣分子和懸浮在大氣中的微粒發生散射的結果。根據科學家的(de)測定,藍色光和紫色光的波(bō)長比較短(duǎn),相當於“小波浪”;橙色光和紅色光的波長比較長(zhǎng),相當於“大波浪”。當遇到空氣中的障礙物的時候,藍色光和紫色光因為翻不過(guò)去(qù)那些障礙,便被(bèi)“散(sàn)射”得到處都是,布滿了整個天空。天空就是這樣被“散射”成了藍色。

觀點的發展

丁鐸爾(ěr)散射

空氣中會有許多微小的塵埃(āi)、水滴、冰(bīng)晶(jīng)等物質,當(dāng)太陽光通過空氣時,波長較短的藍、紫、靛(diàn)等色光,很容易被懸浮在空氣中的微粒(lì)阻(zǔ)擋,從而(ér)使(shǐ)光線(xiàn)散射向四方(fāng),使天空呈現出蔚藍色。中文世界中,大小權威的教育和科學網站,大多仍采用上述“標準答案”。 

這個“天藍”解釋,基本上是19世紀中葉的水平。它是英國物理學家丁鐸爾(John Tyndall,1820-1893)首創(chuàng)的。常稱作丁鐸爾散射模型。確實,“波(bō)長較短的藍色光,容易被懸浮在(zài)空氣中的微粒阻擋,……散射向四方”。但它並不(bú)是“天藍”的(de)真正原因。如果天(tiān)藍(lán)主要是(shì)由水滴冰晶等微粒的散射引起的,那末,天空的顏色和深淺,就應(yīng)隨(suí)著空氣濕度的變(biàn)化而變化。因為當濕度變(biàn)化時,空氣中(zhōng)水滴冰晶的數目會明顯變化。潮濕地區和沙漠地區的濕度差別很大(dà),但天空是一樣的藍。丁鐸爾散射模型解釋(shì)不了。到19世紀末葉,丁的天藍解釋已被質疑。

瑞利散射

1880年代,瑞(ruì)利(John Rayleigh,1842-1919)注意到,根本不必求助塵埃、水滴、冰晶等空氣中的微粒,空氣本身的(de)氧和氮等分子對陽光就有散射(shè),而且也(yě)是藍色光容易被散射。所(suǒ)以,空氣分(fèn)子的散射就(jiù)可以(yǐ)作為“天藍(lán)”的主因。

然而,各個分子有散射,不等於空氣整體會有藍色。如果純淨的空(kōng)氣(qì)是極均勻的(de),分(fèn)子(zǐ)再多也沒(méi)有“天藍(lán)”。就像一塊極平的鏡子,隻有折射或(huò)反(fǎn)射,而極少 散射。在均勻一致的環境中,不同分子的散射相互抵消了。就(jiù)如在一(yī)個集體紀律超強的環境(如監獄)中(zhōng),每個人的獨立和散漫行為被徹底壓縮。而“天藍”靠的就是分子各自的獨立和相互不幹涉,或(huò)少幹涉。

為此,瑞利假定,空氣不是分子的“監獄”。相反,氧和(hé)氮等分子,無規行走,隨機分布。瑞利由這個模型算出的定量結果,很好地符合天藍的性質(zhì)。1899年(nián),瑞利寫了一篇總結式(shì)的文章“論天空藍色之(zhī)起源”(J.Rayleigh,Phil.Mag.XLVII,375,1899),開宗明(míng)義就說:“即使沒有外來的微粒,我(wǒ)們依舊會有藍色的天”。“外來的微粒”即指丁(dīng)鐸爾散射所需要的。從此,丁鐸爾的天藍理論被放棄。瑞利散射成為(wéi)“天藍”理論的主流。

瑞利的天藍理論雖然很成(chéng)功,瑞利的(de)分(fèn)子無規分布假定,也有根據。然而,瑞利實質上還要假定空氣是所謂理想氣體,這是一個不大的,但也不可忽略的弱點。因為空氣不是理想氣體。

小清新的概念

“小清新”最初指的是一種以清新唯美、隨意創作風格見長的音樂類型,也就是人們常說的IndiePop,即獨(dú)立(lì)流行,之後逐漸擴散到文學、電(diàn)影、攝影等各種文化(huà)、藝術領域。偏愛清新、唯美的文藝作品,生活方式深受清新風格影響的一批(pī)年輕人,也叫“小清新”。

無論是作為一種理想的生活方式,還是個人憧憬(jǐng)的美(měi)好意境,小清新都(dōu)是秉承淡雅、自然、樸實、超脫、靜(jìng)謐的特點而存在著的。小清新,似乎已(yǐ)經漸漸(jiàn)成為(wéi)了青春與活(huó)力(lì)的代名詞。

 

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