海和天为什么是蓝的？水的散射

晴空无云，天蓝得透亮，没有一点儿杂质；海蓝得像面镜子，闪耀着蓝宝石似的光影。

这和散射有关。阳光射到地球，会碰到空气和悬浮在空中的小水珠（云），使得天空的颜色经常展现变化。晴天的时候，射到地球上的光线碰到空气中的氮分子或氧分子，就会引起散射作用，蓝光的波长较红光短，散射得较厉害，看在我们眼里，天空就成为蓝色的。

这个道理看起来好像很简单，但是人类明白这个道理是十九世纪末叶的事。一八七三年，英国物理学家瑞利（LordRayleigh）是第一位看天看出名堂的人。他的散射理论-瑞利散射，使我们了解了天色的秘密。

在阳光的七种色光中，红、橙、黄光的波长较长，蓝、靛、紫光的波长较短。所谓波长，就是两个波峰间的距离；而波峰，是指物质振动最大的地方。举个例子，当我们扔一块石头到水里，会激起一圈圈涟漪。两圈涟漪间的距离就是波长。当然啦，光波的波长比涟漪的波长小得多了，波长最长的红光，不过十万分之七、八公分，蓝光不过十万分之四、五公分而已。

瑞利发现，散射不会改变射入光的波长，只会改变射入光的方向。那么散射又怎么会造成天空的各种颜色呢？

原来散射的作用截面，既与散射粒子的大小有关，也与被散射光的波长有关。空气中的氧分子、氮分子，大小恰好可以散射波长较短的蓝光，蓝光散了一天，天空当然呈蓝色的。

到了傍晚，夕阳西下，阳光打斜里射过来，较接近地面，而地面的空气含有较多的水气和灰尘，粒子比氧分子、氮分子大得多，较容易散射波长较长的红光、橙光或黄光，艳丽的晚霞就是这样散射出来的。

如果天上水浮着小水滴，也就是云，那又是另一种景象。小水滴比灰尘大得多，各种波长的色光都能被它散射，结果，云就成了白色的。如果云层较厚较密，阳光穿不过去，就变成了灰色或黑色。白云苍狗，不过是阳光玩的把戏而已！

当云聚成雨滴的时候，颗粒就更大了，大得具有棱镜的作用。倘若一边已经出太阳，一边还在下雨，阳光穿过雨滴，就会形成我们看到的彩虹。喷泉和瀑布上也可以出现彩虹，原理是一样的。

阳光照到水里，又是一番景况。较深的水都是蓝色的。水原本透明无色，水分子的大小可让波长较长的红色绕过去，而波长较短的蓝光被散射，所以较深的水莫不是蓝色的。水愈深，散射、反射的蓝光就愈多，看起来就愈蓝了。

道理很简单，所谓浪花，其实就是小水滴，可以散射各种波长的光，所以浪花就和白云一样，变成白色的了。

就像看天一样，人类真正懂得看海也是比较晚的事。印度物理学家拉曼（SirChandrasekharaRaman），从印度搭船去英国。天连海、海连天的景况，使他悟出海水和天空的颜色，都是光线散射所造成的。一九二一年，拉曼在英国《自然》上发表了一篇论文，提出他的散射理论，题目是“海的颜色”。古今中外，多少人有过“看海的日子”，却只有拉曼独具智眼，看出别人看不出的道理。