天空为什么是蓝的 天空为什么是蓝的？
\u5929\u7a7a\u4e3a\u4ec0\u4e48\u662f\u84dd\u8272\u7684\uff0c\u4ec0\u4e48\u539f\u7406\u5f53\u592a\u9633\u5149\u901a\u8fc7\u7a7a\u6c14\u65f6\uff0c\u6ce2\u957f\u8f83\u957f\u7684\u7ea2\u8272\u5149\u900f\u5c04\u529b\u6700\u5927\u3002\u5f53\u592a\u9633\u5149\u7167\u5c04\u5230\u5927\u6d77\u4e0a\uff0c\u7ea2\u5149\u3001\u6a59\u5149\u8fd9\u4e9b\u6ce2\u957f\u8f83\u957f\u7684\u5149\uff0c\u80fd\u7ed5\u8fc7\u4e00\u5207\u963b\u788d\uff0c\u52c7\u5f80\u76f4\u524d\u3002\u5b83\u4eec\u5728\u524d\u8fdb\u7684\u8fc7\u7a0b\u4e2d\uff0c\u4e0d\u65ad\u88ab\u6d77\u6c34\u548c\u6d77\u91cc\u7684\u751f\u7269\u6240\u5438\u6536\u3002\u800c\u50cf\u84dd\u5149\u3001\u7d2b\u5149\u8fd9\u4e9b\u6ce2\u957f\u8f83\u77ed\u7684\u5149\uff0c\u867d\u7136\u4e5f\u6709\u4e00\u90e8\u5206\u88ab\u6d77\u6c34\u548c\u6d77\u85fb\u7b49\u5438\u6536\uff0c\u4f46\u662f\u5927\u90e8\u5206\u4e00\u9047\u5230\u6d77\u6c34\u7684\u963b\u788d\u5c31\u7eb7\u7eb7\u6563\u5c04\u5230\u5468\u56f4\u53bb\u4e86\uff0c\u6216\u8005\u5e72\u8106\u88ab\u53cd\u5c04\u56de\u6765\u4e86\u3002\u6211\u4eec\u770b\u5230\u7684\u5c31\u662f\u8fd9\u90e8\u5206\u88ab\u6563\u5c04\u6216\u88ab\u53cd\u5c04\u51fa\u6765\u7684\u5149\u3002
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又过了一个世纪，伟大的天文学家开普勒（Jahannes Kepler）在撰写《同星界信使的对话》（Conversation with Galileo’s Sidereal Messenger，1611）一文的过程中加入了这一讨论，其中，他高度赞扬了伽利略通过使用单筒望远镜发现木星的卫星。开普勒支持伽利略的发现，驳斥对他的批评，同时他也提出了自己的问题，阐述了自己的见解。他的想法不但超越了对于白天天空颜色的思考，同时也考虑了夜晚黑暗天空的问题，尽管他持哥白尼的革新思想，但是他坚持认为宇宙是有限的，为了支持自己的观点，开普勒提出了一个重要的问题：如果天空中有数量无限的星星，或至少有足够数量的星星点缀天空，为什么它们没有使黑夜和白昼一样明亮呢，他可能不知道迪格斯（Thomas Diggers)在1576年已解释过这个问题。在19世纪，一位天文学家又重新开始研究这个问题。自此，这个问题被人们称为奥伯斯佯谬（Olber's Paradox）。人们不断地重复已有的发现。这向我们展示了这个问题的重要性和复杂性。迪格斯是这样回答问题的：大多数星星无法被肉眼看到是因为“恒星距离太远，我们无法看到”。开普勒认为遥远的恒星没有太阳那么明亮。作者将在第9章中进一步解释夜晚天空颜色的问题，这将对解释白天天空颜色的问题起到很大的帮助。
伽利略的发现引导人们更多地关注望远镜和其他光学仪器的实用能力和性质。考虑到这些仪器的局限，开普勒得出结论，“从根本上可以确定……大气是浓密的而且是蓝色的，所以远处可视物体的细节变得模糊而且扭曲。”没有迹象表明开普勒读过里斯托罗、阿尔贝蒂或是达芬奇的任何著作。但是，正如许多其他故事一样，古人的思想被遗忘．今人又重新得出这种思想。尽管人们遗忘了古人的理论，这些理论却展示了恒久的重要性。在其他著作中，开普勒补充说，天空“越来越蓝，越来越稠密，或者说天空在可视物体和眼睛之间延伸的距离越长，那么在眼睛和可视物体之间这个区域内加入的物质也就越多”。他认为，天空看起来是没有颜色的，仅仅是因为它的颜色非常淡；当我们仰望天空时，我们接收了穿越了足够长的距离到达眼睛的光，这样我们看到了蓝色。相反，亚里士多德则认为天空是“白色的”——即他所说的无色的～是基于对于周围事物的观察。开普勒从逻辑角度反对这种普遍观点。他也可能考虑过通过空气透视的问题，因为他提到，从浓密的大气聚集出的深蓝色看过去，“远处可视物体的细节变得模糊。”
如果我们反对用黑暗理论和粒子理论去解释天空蓝色的问题，我们只能把天空为什么是蓝色的这个问题归因于天空本身，正如法国化学家马略奥特（Edme Mariotte）在1676年不断提出的主张一样。然而其他观点和理论并没有消失——尽管意大利画家扎科里尼（Matteo Zaccolini）好像知道开普勒关于光学的著作，但1622年在他关于绘画的最有影响的论述中还是曾宣扬过亚里士多德的黑暗理论。正如故事所揭示的那样，我们仍然面临这些不同的看法面对这些可能性，我们会考虑福尔摩斯（Sherlock Holmes）的建议：“当你排除了不可能的选项，留下的，无论怎么不可能，就是真相。”
上述任何一种选择都必须面对一个显而易见的问题：“为什么天空是蓝色的，而不是其他的颜色”。尽管开普勒似乎并没有考虑这个问题，但是这个问题在笛卡儿（Rene Descartes）的《气象学》（Les meteores，1637）中有清晰的呈现。这本书是一部更为宏伟的巨著的最后一部分。该巨著以笛卡儿的《正确指引人类推理和在科学世界寻求真理的方法》一文为序，向我们呈现了笛卡儿通过清晰、明确和毫无争议的论断去寻求真理的过程，也向我们呈现了对于新哲学和新自然理论的官言。接下来的各部分显示了他的方法还用在重要科学问题中的有效性。首先，《光学》提出了关于光的一种新观点；然后在《几何学》（Geometry）中概述了功能强大的符号数学；最后在《气象学》中将他的方法应用在天气和气候的古老问题上。这部巨著的深远意义在于笛卡儿用全新的方法替代了亚里士多德学派。在笛卡儿死后，这部作品才得以出版。其中的卷首插画里，笛卡儿像快乐的浮士德（Faustus)博士那样坐在那里，“自然之光”透过房间罩在他身上．好像整个世界都被他踩在脚下（图 3．l）。
笛卡儿认为气象学尤为重要。天空和云彩看起来如此奇妙无比，令人叹为观止。他认为如果我们能够解释这些现象，那么我们对所看到的任何事物都不会感到诧异……我们会很容易地相信，找到地球上最美妙事物的成因也同样是可能的。”通过深入思考这些神圣的问题，他将整个宇宙置于人类的控制中。
比如，在解释了彩虹的成因——彩虹是入射光在雨滴内经过折射而产生的——之后，笛卡儿最后讨论了制造人工彩虹的方式，“一种使天空中出现彩虹迹象的发明，这将会引起那些不了解事物成因的人的极大好奇。”他把彩虹看成与上帝立约的标记，奇迹般出现的彩虹结束了洪水。然而通过使用巨大的喷泉，人类也可以制造彩虹，“形状为十字形或柱状，或其他任何让人们感到惊奇的形状。但是我承认这样做必须要很有技巧，要做大量工作，才能使这些喷泉比例均衡，使水喷射到足够的高度，使得整个国家的人们即使在远方也能够看到人造彩虹，并且不被识破（图3．2）”所以，这些老谋深算的科学家有混淆奇迹的方法，既消解了这些神圣现象成因的独特性，又能控制自然并控制那些迷信的人们。追随弗朗西斯·培根（Francis Bacon）的虔诚的哲学家们能明确区分“神圣奇迹”和“各种欺骗与错觉”，笛卡儿与他们不同，他看起来已经准备去以假乱真并进行控制。
尽管许多早期作者对于彩虹有同样的基本概念，但是没有一个人可如此严格地把几何学应用到解决这个问题的过程中。笛卡儿为自己的成功感到骄傲，但他更为自己研究问题的基本方法感到自豪。他认为他的基本方法是在基础领域内的一种进步，进步的程度要比他研究的个例深远得多；为了理解天空中多变的现象，他寻找一种关于光之本质的“清晰明显”的概念。与亚里士多德和“几乎所有哲学家”相同，笛卡儿不接受原子论观点，因为这种观点中的原子需要一个可以活动的空问。他还认为物质最小的量就必然支配着它所组成的大物质的性质。
笛卡儿相信只有一种假设符合这种需要。对他而言，整个世界充斥着紧密接触的粒子，在粒子之间没有任何空间。为了创造同样的环境，在这些小粒子间必须有一种“精细的物质”。他的例证是一个装满了挤压在一起的葡萄的大桶（图3．3）（略）这些葡萄如同小粒子。酒浸入葡萄的空隙，就如同“精细的物质＂填充粒子之间的空间。后来，这种物质被称为以太（ether）。它与希腊语的“天”（aether）写法相似，但是作用完全不同。后者只存在于月亮以上，以太则被认为在地球上无处不在。光被认为是以太的一种运动状态。笛卡儿这样叙述：如果在图3．3中他做的大桶的位置A和位置B穿孔，酒会从这些孔中以近乎直线的形式喷出，就好像 CDE是一个发光的表面，从这个表面，光线直射到A点和B点。
为了解释这种观点，笛卡儿给出了另外一个例子：想象一个盲人使用手杖辅助行走，他边走边用手杖触地。通过他的手杖，他可以感觉到地面是坚硬的还是柔软的，是沙土的还是泥泞的。然而，光仅仅是“一种运动，非常迅速活跃，它通过空气或其他透明的物质作为中介物最终到达人的眼睛。同样，这个盲人遇到的土是柔软的还是坚硬的是通过手杖这个中介物传到他的手上的”。笛卡儿大胆地推广了这个类比：手杖在顷刻间可以传输土地的状况到人手，光从太阳传到地球的时间也无非顷刻之间。进一步来讲，“盲人通过手杖这个中介物了解到树、石头、水和其他相似物质的差别不会比我们了解到的红色、黄色、绿色或所有其他颜色的差别小。”
笛卡儿可能是网球爱好者，因为他接着做比喻，把盲人的手杖转换成网球拍。他把一束光比作网球撞击到不平的地面上，“迅速擦过”地面并向不同的角度反弹，就像从粗糙的表面反射的光。更进一步讲，各种各样的颜色可以看成是小网球在旋转时所呈现的不同状态，这些网球就代表了以太的“微小部分”。那些旋转得最快的看起来是红色的，那些旋转得不太快的看上去是黄色和绿色的，那些旋转得很慢或是一点也不旋转的是蓝色的。笛卡儿对自己的解释非常满意，这种解释“与经验如此完美地吻合以至于我认为无法……去怀疑我刚刚解释的东西的真实性”。然而，这仅仅是一个看似真实的故事，笛卡儿被他的假设的精致性、“清晰性和确实性”以及它的解释能力深深地打动了。他不承认他的假设完全是臆想的，可能是因为他太深信此项假设的解释能力。
考虑从太阳到达地球大气层的光，笛卡儿认为如果天空中没有“蒸气”，将“呈现出很深的黑色”。但是大气导致以太中的小粒子“在到达我们之前翻滚旋转。这就直接导致天空看起来是白色的，然而如果纯净的物质[以太]没有遭遇足够多的其他粒子，以太中的小粒子不以这种方式旋转，那么天空只能呈现出蓝色”，因为以太中笔直而不旋转的气流呈现蓝色。（回想一下他的例子：蓝光就像是做直线运动时没有发生转动的网球。）
因此，笛卡儿认为天空基本是有云的，白色的，偶尔会出现晴空万里的蓝色天空。如果没有云，多多少少会导致以太粒子运动加速，阳光会直射进我们的眼睛，并且呈现蓝色。不然，阳光会呈现多种颜色，如红色、黄色、或是绿色，而并非蓝色。他补充说，云是不透光的，因为云中的小水滴有许多表面，不断反射进入云中的光，“直到没有光或几乎没有光穿过云彩。”这里，笛卡儿为天空呈现蓝色的问题提供了一种与黑暗理论或粒子理论相差甚远的全新解释。
在笛卡儿所有的陈述中，他都不确定地假定：如果所有的颜色混在一起，将呈现出白色。正如我们看到的那样，尽管他没有清楚地阐述这种观点，但是他的观点与牛顿（Newton）的核心观点相近。尽管他看上去没有注意到此项强有力的观点，但是鉴于他的那些假设，得到这一观点也是必然的。我们重新回到他的网球比喻：当一束小球遇到云彩，它们从许多表面弹起，并获得不同的旋转方式，这样的旋转方式与结果呈现的白色相符合。
自始至终，笛卡儿一直太轻信于自己简洁的解释。当他考虑日落时的红色天空时，他并没有担心如果天空非常明亮，他对于蓝色天空的解释是否还能成立。他好像假设在地平线附近总有薄云或雾气，这些会使光变成红色。可能他从来没有观测到如此晴朗的天空，但是，当太阳上升到天空中较高的位置时，太阳看上云不是那么红，人们会猜想为什么他没有被天空中的这个现象困扰。他也没有考虑天空颜色的变化，即使是同一个晴天，天空最高处的颜色是深蓝的，但是在地平线附近却趋于白色。
总之，笛卡儿极度地依赖于他“清晰而明确”的假定，似乎若不质疑他的假设，他便能推演出整个世界必然的模样。对于这一点，牛顿表示出强烈的怀疑。尽管在早年，牛顿认真地研读了笛卡儿的理论作品，但后来牛顿变得如此地憎恨笛卡儿，以至于有时他甚至不能写下笛卡儿的名字，仅仅是留下空白。牛顿的《原理》（Principia）的大部分篇幅都在推翻笛卡儿物理学。牛顿认为他的理论很成功，但是后来学者们在他的推理过程中发现了问题。与笛卡儿不同，牛顿运用了数学推理，这种推理无须了解它们基本的物理原因。
牛顿的《光学》（Opticks）一书中展示了白光是由光谱中所有的颜色的光组合而成，而且无需做任何关于光的本性假设就可以导出结果（图3.4）。如他所述，“在这本书中我的设计不是通过假设去解释光的特性，而是通过推理和实验证明它们。”他也有对于光的本性的观点，然而这些观点与笛卡儿的理论相距甚远。随着这场辩论愈演愈烈，天空为什么是蓝色的这个问题越来越与光的本性这个更大的问题交织在一起。就像古代的原子论者，牛顿认为光是穿梭于空间中的微小粒子。为了解释折射的数字定律，他假定光的粒子在玻璃中比在空气中传播的速度更快。（笛卡儿在他的理论背景介绍中早已推出了这个观点。）
白光是由光谱色混合而成。利用这一基本发现，牛顿给出的对于彩虹的解释比笛卡儿的解释更为合理。牛顿首先展示了光的反射取决于它的颜色，而不仅仅是入射的角度。通过进一步的折射或是反射，每种颜色光的“折射程度”是保持不变的，如光照亮阵雨时。这使人们首次合理地解释彩虹色带的宽度和顺序成为可能。然而天空为什么是蓝色的这个问题仍然悬而未决，因为对彩虹的认识并没有解释为什么天气晴好时天空是蓝色的，而不是其他的光谱色。
这时其他的发现起到了重要作用。早在1664年牛顿做实验之前，玻意耳（Robert Boyle）已经注意到在泡沫或油膜上颜色的变化。他手举羽毛遮盖在眼前，看向落日，“在我面前呈现出各种各样的小彩虹，每一条彩虹都有自己的颜色，鲜明无比。羽毛中不能持续地看到同一条彩虹。” 在没有棱镜的条件下，羽毛的微小杆状物在某种程度上导致了彩虹状图的产生（稍后回到实验5.4）。玻意耳注意到羽毛本身没有固定的颜色，所以不是羽毛与光的相互作用而导致彩虹的出现。因此，孔雀羽毛艳丽的颜色不是羽毛自身的色彩，当在昏暗的灯光下观测孔雀羽毛时，它是昏暗而无色的。
几乎同时，胡克（Robert Hooke）在研究显微镜下物体的精细结构时发现了类似的现象。他还注意到，当曲面透镜紧贴在玻璃上时，微弱的同心圆环会出现，现在我们把这种现象叫做“牛顿环”（图3.5）。胡克与后来的牛顿都注意到，如果透镜被不同的单色光照亮，这些牛顿环的样式就会改变，以至于“人们会欣喜地发现它们会根据光的颜色的变化而逐渐扩大或缩小”，牛顿这样陈述道。
而且，如果用白光照亮被透镜紧贴的玻璃，每个环会呈现出像彩虹一样的光谱，蓝色在内，红色在外。图3.5中亮环的半径总是与透镜和玻璃板之间的距离的倍数1，3，5……相关，而暗环的半径则与透镜和玻璃板之间距离的倍数0，2，4……相关；且圆环中心总会出现一个黑斑。鉴于此实验，牛顿推理理出，“这些玻璃之间的空气，根据其厚薄度不同，在某些地方倾向于反射光，面在其他地方则倾向于透射任何一种颜色的光。”为了表述这种观点，牛顿解释道：在那些地方，光经过“简单透射或反射的匹配”，也就是说，亮度的突然增强或是减弱，是增强的透射或是反射的表现。
牛顿也注意到肥皂泡厚度变化时，精确地表现出完全相同的颜色顺序。为了保护这些肥皂泡，他把它们放进一个玻璃盒中，并观察颜色的出现：
颜色以十分规则的顺序呈现，就好像许多同心环围绕着肥皂泡的顶部。随着水位逐渐下降，肥皂泡越来越薄，这些环缓慢膨胀，逐渐逐渐覆盖了整个肥皂泡，并渐渐下降至肥皂泡的底部，在那里，它们接连消失。与此同时，在所有颜色都出现在顶部之后，在环的中心会出现一个圆形小黑斑，正如在[紧压玻璃的]第一个实验中观察到的那样，它逐渐膨胀，有时宽度超过1/2或3/4英寸，然后肥皂泡破裂。
开始，牛顿认为这个奇怪的黑斑不反射任何光，就如像在肥皂泡上有一个洞。但是经过仔细观察，他能看到非常微弱的反射，这也就意味着肥皂泡仍然在那里。他把肥皂泡盒子搬到室外，再一次观测到颜色的顺序和相对这度。在看到一系列“非常暗淡”的红色和绿色之后，牛顿注意到“天空明亮的蓝色”出现了。
牛顿从实验中推断出，蓝光折射最强烈，而红光折射最微弱。和牛顿环实验一样，在小泡中，他注意到最明亮的颜色是位于中心黑斑外围的蓝色，他把这种颜色叫做“第一序列蓝色”（见附录A实验3.1），根据这个观察，他推测到：
尽管第一序列蓝色非常小并且微弱，但它可能是一些物质的颜色；特别是，天空的蓝色看上去就是这一序列。所有的蒸气一开始时凝结并结合成小块物质，然后再形成大块物质，由此，这种天蓝色一定是在它们形成其他颜色的云彩之前被反射的。所以这是蒸气反射的第一种颜色，它应该就是最透明最洁净的天空的颜色。根据经验我们发现，此时蒸气尚未集合到足够大的程度去反射其他颜色。
也就是说，牛顿认为大气中的“蒸气”凝结成小“块”或水滴，能够产生晴朗天空中“无与伦比的蓝色”。伏尔泰（Voltaire）如是解释牛顿的理论：“来自于地面的微小蒸气，有很小的表面，它们使晴朗天空染上色彩，产生了让人如此愉悦的天蓝色。”牛顿仅仅是猜测：他假定“蒸气”一定会凝结成各种大小的“小块”（尽管他没有说明为什么蒸气会凝结以及它们来自何处）。听上去了像他认为有些像水一样的物质悬浮在空中，能够凝结成大小不一的水滴，其形式从薄雾到大雾到毛毛细雨。看上去他没有被一个问题困扰，那就是为什么这些微小水滴呈现出的颜色仅仅是蓝色，其他水滴呈现出白色，而没有任何颜色的递进。这不像人们期望从他原先理论中得到的事实，即在肥皂泡实验中粒子的大小和颜色是联系在一起的。
在《光学》一书的其他地方，牛顿毫不犹豫地提出了“一些疑问”，包括一些深刻的假设和真实的问题。他的思考从已知出发到预想问题。他的基本原理很可能是他在肥皂泡中看到的“无与伦比的蓝色”，就好像它是开启天空之蓝的一把钥匙。尽管人们最终没有坚持的伟大预见，但是牛顿的思考给我们提出了一个关键性的问题：为什么天空是蓝色的，而不是其他颜色。开普勒没有给我们做出解释。对于笛卡儿来说，光的颜色来自于以太粒子的旋转；他认为，既然我们看到了蓝色，那么蓝色一定是更多的直射光的颜色，因此（他推测）蓝色是以太粒子旋转最慢时呈现出来的。牛顿知道这种理论是不正确的，因为太阳的直射光包含所有颜色，而不仅仅是蓝色。那么一定有某种方式可以挑选出蓝色。牛顿从他的环和肥皂泡中筛选出了蓝色。在这两个例子中颜色的区分都基于某个特征长度，无论是镜片之间的厚度或是肥皂泡表面的厚度。也就是说蓝光与红光可以根据某种长度来区分。但是如果光是由无法测量大小的点状粒子构成的，那么这个长度意味着什么呢？
牛顿认识到这个问题的深度并努力通过他的“匹配”假设去解释：不同厚度的肥皂泡呈现不同的颜色是因为在那些长度上，光经历了一种“匹配”——突然消失——或更快透过。牛顿颇具独创性的理论很好地解释了许多观测结果。在他的疑问中，他思考了我们现在称之为光的波动说的问题：“难道一些光线不会引起一些大小不同的物质的振动？这些与大小相对应的振动引发了对一些颜色的知觉，这些振动就像空气的振动那样，与它们的大小相关，引发了对一些声音的知觉。”这里他把光与声音相比较，认为声音是在像空气这样的介质中产生的压力波。如果是这样的话，他继续解释说，蓝光一定对应不那么“大的物质”的波。同样，绿色的、黄色的和红色的光要比蓝光“大”。人类要看到所有颜色，需要视网膜反映每种可能的“大小”的差异。光的行为不再由那种难以解释的“匹配”现象来决定（这种“匹配”由外部所确定的特定长度决定），而可能是由其内部的“大小”决定的，而这种“大小”表征了它的颜色。
我们习惯于从光的波动说的角度来阅读牛顿的光学著作，而波动说直到一个世纪后才处于主导地位。在那之前牛顿的光的发射理论的影响仍然很大。最终，他十分相信呈现在他眼前的现象：光看起来是直线传播的，并留下了明显的影子。如果光是一种波，它的传播会是“弯曲的”，并能绕过障碍物。笛卡儿过于信任他的理论性预见，牛顿得出，他的观察充分证实了其关于“匹配”的实验假设。
实际上，尽管牛顿没有注意到，但是人们早已发现了波动说的证据。在1665年，格里马尔迪（Francesco Maria Grimaldi）的《论光》（On Light）一书出版了，而这位意大利神父在出版前已经逝世。他的这本遗作介绍了他称之为衍射（Diffraction）的现象。他做了一个实验，让一束光穿过“尽可能小的孔”后照射暗室里的障碍物（如一根绳子），然后把影像投射到白色屏幕上。他发现在中心明亮的图案周围，有明暗相间的条纹（图3.6；附录A实验3.2）。他观察到阴影部分并不清晰明显，然而如果光是直线传播的，物体的影子本来应该是清晰明显的。这些阴影也比光线理论预测的要宽，并且有颜色，“靠近[中间]阴影的部分总是蓝色的，而远离中心的部分则是红色的。”1665年，胡克在《显微图片》（Micrographia）一书中也介绍了实验证据：“阳光确实偏转方向，纵深射入刀片的阴影里。”
衍射的问题逐渐演变成一场激烈的争论；牛顿认为衍射仅仅是一种新类型的折射，然而胡克则认为这是具有伟大意义的“新发现”。在牛顿写给胡克的一封著名的信中，牛顿认为“笛卡儿所做的努力是很好的一步。你添加了太多的步骤，特别是用哲学的思维去考虑薄板的颜色。如果我能看得更远的话，那是因为我站在了巨人的肩膀上”。但是，牛顿真的应该认为衍射是光的波动说的重要证据吗？事后聪明可能使我们看不到牛顿拒斥这一点的合理理由。
毕竟，格里马尔迪对于宣扬光的本性的任何假设都踌躇不前，他似乎认为证据不充分。他确实导出了波长的概念。波长指出了波的大小，即一个全振动的波的两个相邻波峰之间的长度。这将给牛顿描述的“大小”提供精确的形式。然而，尽管牛顿认真地复制并发展了格里马尔迪的实验（牛顿没有用术语“衍射”来描述这些实验），但是他没有在这些实验中发现足够多的证据以改变他的观点去接受波动说。在之后的章节中，我们将考虑什么样的实验可以引发更具有决定性的测试。
如果每种颜色的光都有相应的波长，那么波长就给出了光的特征长度标度。由于不同颜色的光的波长不同，蓝光与红光以及介乎它们之间的其他光穿越大气时的表现应当是不同的。这是关键性的一步，在之前的论述中都没有提及。然而，故事并没有到此结束。大气是如何不同地对待蓝光和红光的呢？回顾一下玻意耳和胡克对羽毛的观察。尽管羽毛本身是无色的，但是它却闪耀着光彩夺目的孔雀蓝。也许一片小羽毛正是打开天空颜色问题的钥匙。
我们所看到的蓝天是因为空气分子和其他微粒对入射的太阳辐射中的可见光进行选择性散射的结果。散射强度与微粒的大小有关。当微粒的直径小于可见光波长时，散射强度和波长的4次方成反比，不同波长的光被散射的比例不同，此亦成为选择性散射。当太阳辐射的可见光进入大气后，空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。组成太阳光的红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫7种光中，红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长的红光透射性最大，大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面。而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射。以入射的太阳光中的蓝光(波长为0.425μm)和红光(波长为0.650μm)为例，当光穿过大气层时，被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。因此晴天天空是蔚蓝的。但是，当空中有雾或薄云存在时，因为水滴的直径比可见光波长大得多，选择性散射的效应不再存在，不同波长的光将一视同仁地被散射，所以天空呈现白茫茫的颜色。
如果说短波长的光散射得更强，你一定会问为什么天空不是紫色的。其中一个原因就是在太阳辐射的可见光透过大气层时，空气分子对紫色光的吸收比较强，所以我们所观测到的太阳辐射可见光中的紫色光较少，但并不是绝对没有，在雨后彩虹中我们很容易观察到紫色的光。另外一个原因和我们的眼睛本身有关。在我们的眼睛中，有3种类型的接收器，分别称之为红、绿和蓝锥体，它们只对相应的颜色敏感。当它们受到外界的光刺激时，视觉系统会根据不同接受器受到刺激的强弱重建这些光的颜色，也就是我们所看到物体的颜色。事实上，红色锥体和绿色锥体对蓝色和紫色的刺激也有反映，红锥体和绿锥体同时接受到阳光的刺激，此时蓝锥体接收到蓝光的刺激较强，最后它们联合的结果是蓝色的，而不是紫色的。
这是由于空气对太阳光散射造成的。 太阳光是广谱的，包含红外线、可见光、紫外线。它的能量集中于以黄色光为中心的可见光。可见光又可分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色。这些不同颜色的光线合在一起在我们的眼中产生了白色的视觉。所以太阳光的本色是白色。 空气对穿过它的光线有散射作用。通过空气的光线会有一部分偏离原来的运动方向而离开了原来的光束，且光的波长越短（波长短的光对应于偏蓝的光，波长长的光对应于偏红的光）散射作用越大。 太阳光穿过空气时偏蓝的光散射的多，偏红的光散射的少。这就是为什么天空是蓝色的原因。同时，这也是日出或日落时太阳为红色或橙黄色的原因。 有人会问，紫光的波长比蓝光的波长更短，天空为什么是蓝的而不是紫的？虽然说光的波长越短，被散射的越多。但是被散射的光线里还是各种波长的都有。就是说散射的光线里包含红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色。这些光线综合在一起，在我们的眼中形成了天蓝色的视觉
首先了解光的工作原理，光从太阳传播时，像海浪一样上下移动，波长聚集在一起时，我们看起来好像是白色。
主要能影响大气性质的气体，有两个：氮气，氧气。氮气占78％，氧气占21％。而氮气由于化学稳定性，是无色的。氧气则会通过退激发反应发射包括蓝光在内的电磁辐射。可能这就是为什么天空是蓝的。
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