“天空為什麼是藍色？”正確的物理解釋完成於１９１０年，迄今整一百年。“天藍”物理學的一個重要應用，是光纖通訊，即高錕先生去年獲得物理諾貝爾獎的項目。
“天藍”物理學似乎很普及。凡是看過“十萬個為什麼”的初中生，都能說出它的“標準答案”：
“空氣中會有許多微小的塵埃、水滴、冰晶等物質，當太陽光通過空氣時，波長較短的藍、紫、靛等色光，很容易被懸浮在空氣中的微粒阻擋，從而使光線散射向四方，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，大多仍採用上述“標準答案”，幾乎一字不差。
這個“天藍”解釋，基本上是十九世紀中葉的水平。它是英國物理學家丁鐸爾（Ｊｏｈｎ Ｔｙｎｄａｌｌ，１８２０－１８９３）首創的。常稱作丁鐸爾散射模型。確實，“波長較短的藍色光，容易被懸浮在空氣中的微粒阻擋，……散射向四方”。但它並不是“天藍”的真正原因。如果天藍主要是由水滴冰晶等微粒的散射引起的，那末，天空的顏色和深淺，就應隨著空氣溼度的變化而變化。因為當溼度變化時，空氣中水滴冰晶的數目會明顯變化。潮溼地區和沙漠地區的溼度差別很大，但天空是一樣的藍。丁鐸爾散射模型解釋不了。到十九世紀末葉，丁的天藍解釋已被質疑。
１８８０年代，瑞利（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，空氣本身的氧和氮等分子對陽光就有散射，而且也是藍色光容易被散射。所以，空氣分子的散射就可以作為“天藍”的主因。
然而，各個分子有散射，不等於空氣整體會有藍色。如果純淨的空氣是極均勻的，分子再多也沒有“天藍”。就像一塊極平的鏡子，只有折射或反射，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。就如在一個集體紀律超強的環境（如監獄）中，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干涉，或少干涉。
為此，瑞利假定，空氣不是分子的“監獄”。相反，氧和氮等分子，無規行走，隨機分佈。瑞利由這個模型算出的定量結果，很好地符合天藍的性質。１８９９年，瑞利寫了一篇總結式的文章“論天空藍色之起源”［１］，開宗明義就說：
“即使沒有外來的微粒，我們依舊會有藍色的天”。
“外來的微粒”即指丁鐸爾散射所需要的。從此，丁鐸爾的天藍理論被放棄。瑞利散射成為“天藍”理論的主流。
瑞利的天藍理論雖然很成功，瑞利的分子無規分佈假定，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。
１９１０年，愛因斯坦最終解決了這個問題。愛因斯坦用當時剛剛發展的熵（混亂的度量）的統計熱力學理論證明：那怕最純淨的空氣，也是有漲落起伏的。空氣本身的密度漲落也能散射，也是藍色光容易被散射。密度漲落的散射，不多也不少，正好能產生我們看到的藍天。如果空氣是理想氣體，愛因斯坦的結果就同瑞利的一樣。所以，簡單地說，天空藍色之起因是：
“空氣中有不可消除的‘雜質’，即空氣自身的漲落。密度漲落等對陽光的散射，形成了藍天。”
“天藍”起源物理不是愛因斯坦首創，但最完整的理論是愛因斯坦奠定的。所以說，“天藍”物理學，完成於１９１０年。
瑞利和愛因斯坦的“天藍”理論，是普遍適用的。可以用來解釋純淨空氣中的“藍天”現象，也可以用來解釋純淨的水，純淨的玻璃等液體或固體中的“藍天”現象。當然，也有該理論不適用的地方。多年前，聽到過有人對著“藍天”發（歌）情，“我愛祖國的藍天”，千萬不要誤聽為“我愛祖國的獨立而又無規遊蕩的分子們”。
高錕先生在他為“光纖通訊”奠基的第一篇論文［３］中引用的第一個物理公式，就是愛因斯坦的“天藍”瑞利散射公式（即Ｅｉｎｓｔｅｉｎ－Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ公式）。玻璃是凝固了的液體。即使最理想的玻璃，沒有氣泡，沒有缺陷，玻璃中依舊有不可消除的‘雜質’，即玻璃本身的不可消除的漲落。在光纖中傳播的訊號（光波），會被玻璃的漲落散射。“天藍”機制，是光纖通訊訊號損失的一個物理主因。它是不能用光纖製造技術消除的。只能選擇“不太藍”的光，減低它的影響。
不少權威的教育和科學（中文）網站上，正在報導高先生是“影響世界的華人”之最。高先生的影響，確實遍及全球。有趣的是，這些網站本身，似乎並不在“被影響”之列。比如，本文開頭引用的“天藍”解釋，就還完全沒有“被影響”。對青少年來說，那些“標準解釋”雖然不算是有毒奶粉，但也是過期一百年的奶粉。
［１］Ｊ．Ｒａｙｌｅｉｇｈ，Ｐｈｉｌ．Ｍａｇ．ＸＬＶＩＩ，３７５，１８９９
［２］Ａ．Ｅｉｎｓｔｅｉｎ，Ａｎｎ．Ｐｈｙｓｉｋ，３３，１２７５，１９１０
［３］Ｃ．Ｋａｏ，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥ，１１３，Ｎｏ．７，１９６６ ２０１０，電動力學課正講到瑞利散射，Ｔｕｃｓｏｎ，
□ 讀者投稿
華 夏 文 摘
―― 第九九四期 ――
刊登在 2010 華夏快遞 kd100416.