什麼是丁達爾效應，天空為什麼是藍色的？

光透過雲層

這個現象叫做丁達爾效應，這是

1869

年有英國物理學家丁達爾命名的。那其實在生活當中呢，很常見，每個人都見過，像影片當中這個陽光透過雲層的時候出現的這種光束或者有的時候是我們拉開窗簾兒，就會看到一縷陽光射進屋內，或者在這個漆黑的夜晚，我們開啟手電筒，同樣，你會看到有那麼一條光柱，這些都是丁達爾效應，那麼這個丁達爾效應是如何產生的呢。

答案是光的散射，也就是光照射到小顆粒分子的時候，形成了這個散射現象，於是向四面八方傳播開來了。如果要是沒發生散射，那理論上，我們是看不到這條光柱的。那問題來了，這光透過空氣，穿過水的時候，為什麼散射就不明顯呢？這個其實取決於粒子的這個大小和它的濃度，一般來說，當粒子大於入射光波長的時候發生的是反射，那當粒子小於入射光波長的時候呢，發生了就是散射，不過這個粒子越小散射強度也就越小，也就是說粒子小到一定程度的時候，幾乎就變成透射，對吧？那這就是光，可以透過水，但是空氣當中往往會存在一些灰塵，或者是其他的這種氣溶膠顆粒，於是光穿過的時候，就會發生散射，同理，當光透過膠體的時候

，

也會發生這個丁達爾散射現象。那往往我們也可以透過，是否發生這個丁達爾現象，來區分某個液體它是膠體呢還是溶液，總之，這個現象，就是由物理學家丁達爾最先總結和討論的，所以叫做丁達爾效應。

不僅如此呢，這個丁達爾還透過這個現象，他嘗試呢來解釋一個自古以來的難題，那就是天空為什麼是藍色的呢？丁達爾認為，既然丁達爾現象是因為光的散射，那天空是藍

色

的，這就很有可能是因為什麼呢？就是藍色的光最容易被散射，所以天空看起來才是藍色的。這個解釋是不是很簡單粗暴？但是，如果你要是問為什麼藍色的光它最容易被散射呢？這丁達爾也不知道，這個問題是後來的物理學家，就是瑞

利

勳爵解決的，也就是瑞利散射定律，它說的是散射光，它的強度，與入射光波長的四次方是成反比的。總結起來就一句話，就是波長短的藍光比波長較長的紅光更容易發生瑞利散射。同學可能會說，這不和丁達爾猜想的是一樣的嗎？還是不一樣？瑞利散射有個前提就是它只適用於半徑遠遠小於電磁波波長的這種微小顆粒，你比如說，像單個原子分子，對吧，也就是空氣當中的這個氣體分子，它本身就可以造成光的散射，這就是本質的不同

。

說白了就是

瑞利散射在

空氣當中不存在這個

雜質

，天空依舊會是藍色的，而且大

氣

當中哪有那麼多

雜質

，什麼霧霾

雜質

什麼的，這都在地表了，高層大氣還是比較純淨的。那需要說明一點，就瑞利散射是一種彈性散射，也就是說假設這個光子在和這個粒子碰撞的過程當中是不損失能量的，但是真實情況並不是這樣，大概有千萬分之一的光線在散射之後他的能量會發生變化，也就是說它發生了非彈性散射，這種散射就叫做拉曼散射，說白了就是瑞利散射，是說如果是單色的藍光，那在發生散射之後，你看到的依舊，是這個顏色，就是這個頻率的藍光，但如果這個光子的能量要是發生了改變，你比如說他丟失了一部分，那就能量就變低了

，

那怎麼變的呢？就是透過增大波長，降低頻率來實現，所以如果要是一束藍光。發生了這個拉曼散射，那麼我們看到的散射光

頭

可能比如說就是紅色的，因為能量變化，那有沒有在碰撞過程當中說光子的這個能量變大了呢？

有可能，比如說光子吸收了這個介質當中的一部分能量，那這樣散射光的頻率就會變大。所以拉曼散射遊戲

分為

剛才說的這兩種，如果散射光子能量降低了，那就叫做斯托克斯散射，如果這個散射光子的能量是增大了，就叫做

反

斯托克斯散射，所以，大氣散射的這個真實細節還是比較複雜的，但是我們說到這兒還不行，因為瑞利散射還有一個條件，其實可以說是想要形成散射，還需要一個條件，那就是空氣分子它的密度需要是不均勻的，為什麼呢？因為如果這個空氣粒子密度是完美均勻的，那麼幾乎就不會發生散射現象。比如說我們假設，每個分子每個原子，他們之間的這個距離的都是相等的，那麼光波在碰撞過程當中，他就會相互抵消了，也就是說就沒有散射。所以瑞利散射隱藏的前提條件是什麼呢？就是空氣粒子是存在密度漲落的，這個前提，就是由另外一個人證明的，這個人就是愛因斯坦，愛因斯坦在

1910

年，透過統計力學證明了這種密度漲落是普遍存在的

。