Почему небо голубое?

Мы наблюдаем это явление каждый день, но задаёмся таким вопросом, как правило, только в детстве. Почему небо голубое? Или почему днём солнце бело-жёлтое, а вечером - красное?

Вроде бы помнится что-то такое из физики, что белый цвет не так прост, как хочется - его можно разложить в сумму всех цветов радуги. Но что из этого следует?

Ещё есть воспоминания о том, что лучи разного цвета имеют различные свойства в разных средах. То есть, конечно, понятно, что в вакууме скорость любых лучей максимальна (равна скорости света). А вот в атмосфере, например, уже можно наблюдать следующее интересное различие:
- синие-фиолетовые лучи движутся медленно, а рассеиваются в среде хорошо (легко преломляются),
- красные лучи движутся быстро, а преломляются плохо.

Другими словами, про изменение цвета солнца стало что-то понятнее: чем ближе наше светило к горизонту, тем больший путь через атмосферу приходится пройти солнечным лучам, чтобы попасть к нам в глаза. Ну а поскольку красные лучи рассеиваются хуже остальных, то именно они определяют для нас цвет солнца. Соответственно, в полдень лучи преодолевают меньшее расстояние по атмосфере, из-за чего меньшее количество не красных лучей успевает разбежаться по другим направлениям. Поэтому днём солнце кажется более белым, чем поздним вечером.

А что же с голубым цветом неба? Там сплошная неясность. Кто-то помнит из научно-популярных книжек или уроков физики о Рэлеевской теории рассеивания. Идея у Джона Рэлея была красивая: если частота света существенно меньше частоты рассеивающего объекта, то рассеяние света происходит без изменения длины волны. Для этого эффекта даже придумали хорошее и понятное название - упругое рассеивание. И долгое время это объяснение считалось правильным и правдивым.

Даже если остановиться прямо сейчас, чтобы, не влезая в дебри непонятной оптики, попытаться пересказать всё это пятилетнему ребёнку, то уже получится очень комично. Недавно мы задавались вопросом, всегда ли надо говорить правду, а вот сейчас видим наглядный пример. Что следует ответить пятилетнему ребёнку на вопрос о причине такого цвета неба, если нельзя (по идейным соображениям) обманывать? Ладно, отвлечёмся на минутку от вопроса «как объяснить?», потому что есть следующий вопрос - «что дальше?»

Целый век назад Леонид Мандельштам осознал, что теория Рэлея слишком красива, чтобы объяснить цвет неба. Дело в том, что теоретические результаты расходились с наблюдениями: рэлеевское рассеивание должно было гаситься интерференцией. Исследователи пришли к мнению, что критически важным моментом является оптическая неоднородность среды.

Короче, мы далеко не все здесь физики, поэтому попытаюсь сформулировать на пальцах: цвет неба определяется типичными размерами неоднородностей, которые возникают в атмосфере. В воздухе постоянно происходит движение молекул, что приводит к образованию областей (на небольшое время) с повышенным и пониженным давлением относительно окружающей среды. И наша атмосфера имеет такие характеристики, что размеры этих неоднородностей такие-то. И именно эти типичные размеры определяют диапазоны волн, которые лучше или хуже будут рассеиваться. Таким нехитрым образом задаётся цвет неба.

Правда ли это? Когда-то считалось правдой, что небо голубое, потому что так покрасили холст, находящийся над нашим материком, подпираемым тремя черепахами. Когда-то считалось, что небо голубое, потому что молекулы воздуха чуть-чуть голубоваты, а толстый пласт атмосферы как раз набирает сильный голубой цвет. Когда-то... Впрочем, надо ли вспоминать старые правды, когда есть новая? Другими словами, мы не очень понимаем, что такое правда и ложь (во всяком случае, нос Буратино не всегда это знает), но иногда запросто берёмся критиковать чужую позицию.

Механизм лжи долгими годами развивался, получив очень сильный толчок в момент зарождения речи. Раньше арсенал обманщика не мог включать в себя, например, подмену смыслов терминов в процессе дискуссии или предоставление чрезвычайно избыточного объёма информации, что практически лишало собеседника возможности не только вычленить важные тонкости, но и понять, о чём идёт речь. Научившись же говорить и писать, люди расширили границы своей лжи, получая индивидуальные преимущества над менее сообразительными сородичами... Увы, забывая, что для популяции это невыгодно. Рекомендую на эту тему статью Алексея Глазкова «Почему мы лжем».

Хорошего вам дня! И пусть вокруг вас будет больше прямых, честных и открытых людей.