天空為什麼是藍的？這個問題並不簡單。千百年來，人們為此進行了不懈的努力。自從牛頓分解白光獲得單色光以後，對“天藍”的研究也逐步步入現代科學的軌道。而直至二百多年後，愛因斯坦於1910年給出了“標準”答案，這個問題才告一段落。
最早對這個問題進行系統解釋的是英國物理學家丁達爾。他通過研究發現，當光線照射到粒子時，如果粒子尺寸小於光的波長，則光線會產生散射。丁達爾因此認為陽光中波長較短的偏藍光被空氣中極細微的塵埃、水蒸氣等散射，呈現藍色。
這個解釋曾風靡一時，但又有一個不可克服的矛盾，不同空氣環境的地區，比如沙漠和沿海溼度差別很大，但天空的藍色並沒有本質區別。這就讓人很困惑。事實上，我們今天也知道，空氣中再細微的雜質，其尺寸相比光波也是龐然大物，不可能產生丁達爾散射。就像現在的霧霾天，根本“散射”不出藍天，只有灰濛濛的一片。
由於丁達爾解釋存在的固有問題，英國物理學家瑞利又重新提出了一套理論。他認為，既然天藍色和空氣雜質無關，那麼對光線散射產生決定作用的應該發生在分子層面。他通過研究，果然發現空氣中的主要成份氮氣和氧氣均會對陽光進行散射，而且在散射過程中，氣體分子對短波吸收能力更強，加之人眼對藍光相對敏感，因此天空呈現藍色。
然而，單個分子的散射，並不意味著天空整體會呈現出藍色。如果純淨的空氣是極均勻的，那麼分子再多也不會有藍色，因為各個方向的散射會互相抵消。為此，瑞利對空氣的性質進行了規定，認為氣體分子可以無規行走、自由分佈。也就是說，瑞利引入了空氣是理想氣體的假設。瑞利依據此模型計算的結果與天藍的性質符合得很好。瑞利的理論一時又成為主流。
然而，引入空氣是理想氣體的假設是一個十分危險的舉動，因為“理想氣體”與“質點”、“剛體”等等概念類似，嚴格講只存在於理論中。天藍的問題仍然沒有得到完整的解決。
在這最關鍵的時刻，偉大的愛因斯坦出場了。那時熱力學剛剛提出“熵”的概念。但是“熵”是什麼，人們並沒有清醒的認識，只是簡單將其作為混亂程度的一種度量，而混亂本身是由外界驅動的。然而，愛因斯坦敏銳地意識到問題可能並沒有這麼簡單，“熵”或許是驅動自然發展變化的根本原因之一。他利用熵的概念，結合統計熱力學概念革命性地提出哪怕最純淨的空氣，自身也是有漲落起伏的。這種漲落造成的密度變化，正是藍光散射的原因。愛因斯坦通過理論計算，結果也與天藍的性質十分吻合。最關鍵的是，他不需要理想氣體這個假設。
至此，天藍的爭論告一段落，愛因斯坦最終給出了標準答案。但是否就算絕對正確了呢？不知道，科學還會向前發展，未來還會發生什麼事真的很難說。
還回到愛因斯坦的理論，他全部解釋的核心就在於“熵”。這是一個神奇的概念，蘊含著宇宙深刻的秘密。按照“熵”的理論，宇宙是按“熵增”的路徑不斷髮展，因而從有序不斷走向無序，也就是說，我們這個宇宙是趨向於混沌的。然而愛因斯坦深刻地洞察到在宇宙“熵增”趨向混沌的宏觀本質外，在局部仍然存在著按一定概率漲落的現實，也就是說局部仍存在著由無序走向有序的可能，這種“熵減”同樣會體現出一定的宏觀特徵。這種漲落起伏的混沌變化是事物發展變化的重要線索，它制約著我們的宇宙在一定條件下在有序與無序之間的往復迴轉。偉大的愛因斯坦不但深刻地洞察這一現實，而且精確地進行了概率計算，並有效解釋了物理現象。
沿著這樣的思路，海水為什麼是藍的，也獲得瞭解釋。長期以來，人們認為是因為海水反映了天空的藍色。然而，根據愛因斯坦的理論，海水的藍色是由於水分子按“熵”的規律漲落起伏導致密度變化，進而散射藍光所致，這也為現代科學研究所進一步證實。某種程度上，最純淨的水應該就是藍色的。進一步的，純淨的玻璃內部也存在一定的有規律的漲落，因此也存在光的散射，這已經成為光學的一個基本定律。華人物理學家高錕也因為這個領域的研究獲得諾貝爾物理獎。
天空為什麼是藍色的？這樣一個千百年來普通得不能再普通的現象，竟然讓這麼多人為之付出了極大的心血。科學就是這麼迷人，這麼有魅力，即使對一個再普通不過的現象的研究，也往往會發現其中蘊含的深刻的宇宙的原理。
略顯遺憾的是，目前很多科普書籍，甚至教材中介紹天空為什麼是藍色時，說法仍是空氣中的微粒、水蒸氣等散射了藍光，等等。可以說存在著一定的誤導，因此也希望大家多多傳播本文，告訴大眾科學合理的解釋，並且讓更多的人領悟這背後存在的深刻的宇宙規律。
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