空氣為什麼是透明的？
這是人眼進化的結果嗎？
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首先是「透明」。透明是某一個物體（一般來說是固體、液體或氣體的物體）不會從信息的層面上干擾電磁波傳遞的性質。（注意，「不會從信息的層面上干擾」本身是曖昧不清的）而在日常語境下，「電磁波」限定在的可見光的範圍內，或者是某個頻段下的可見光。
一般當我們在使用「透明」的時候，會在不同的意義上使用這個詞，一方面，玻璃是透明的，空氣是透明的，水是透明的；另一方面，紅色眼鏡是透明的，儘管你可能沒有辦法透過它看到一個墨綠色黑底的圖案。在前一種情況下，透明是針對所有可見光來說的，但是在後一種情況下，只有紅色譜系的光可以透過這個「墨鏡」，而大部分其他顏色的光，或者是被完全吸收了，或者是，被吸收了一大部分。所以「透明」是針對某一類電磁波來說的。一般來說我們不會說一個只能透過紫外線而不能透過可見光的物質是透明的，如果硬是要給它一個名號，我們會說這種物質是對於紫外線透明的。
此外，透明並不是某種物質的性質，而是某個物體的性質，可以想像，一塊紅色的玻璃在足夠厚的時候也是不透明的。在起霧的時候會有能見度的概念，此時 10 cm 厚的空氣（準確來說是「霧」或者「霾」）是透明的，但是 1 km 厚的則不是。同樣的物質在不同的尺度上有不同的透明度。
除了通透性之外，還有保向性。由於沒有學過光學，所以這裡的辭彙採用的是個人的辭彙。所謂「通透性」，是指光在一定厚度的介質內，在某個誤差範圍內可以視作沒有被吸收的性質，比如說猛烈的日光透過薄薄的雲層打在地面上，但我們卻看不清太陽的輪廓。所以除了通透性，我們還必須要考慮穿過介質的光是否和之前有著一致的方向，就像一塊很薄的磨砂玻璃，雖然幾乎不會吸收光線，但卻是不透明的，這是因為磨砂玻璃的界面是不平整的，由此導致折射出來的光線並非沿著原來統一的方向，雲層的情況也是類似的。
另一方面，對於不同的信息，要求是不同的，比如說初號字在透過磨砂玻璃之後可能還能看清，但是小五就有可能看不清了。這時我們不能說這塊磨砂玻璃是或者不是透明的，我們希望能夠有一個來量化其透明度的值。也即，模糊集合中的歸屬度。
從物理的角度
所以，如果是從物理的角度上來解釋為什麼空氣是透明的，那麼原因很簡單，一方面，因為空氣中沒有界面，大多數情況下不會產生折射，即便發生了偏折也在完全可以接受的範圍內。因此便排除了磨砂玻璃的那種情況。當然，如果真的因為冷熱導緻密度不均勻而產生折射的話，某種意義上來說空氣就不是完全透明的了（當然也是在某個尺度下），即，光不能完全如實地傳遞到你的眼睛裡面，雖然大部分映像是真實的，但是有一些部分映像或許被其他的虛像替代了。不過這是某種極端情況下的細節問題，暫不考慮。
如果分析正常情況下的透明性的話，大概有兩點，一個是空氣中分子稀少，光被吸收的本質是和原子的核外電子相互作用。分子稀少自然就很少會發生吸收，畢竟光在真空中是不會受到阻礙的。而如果空氣並非由稀疏的氧分子和氮氣分子組成，而是由相對緻密的液氮和液氧組成的話，通透性必然就沒有那麼好了，畢竟液氧是淡藍色的，對光線多少有阻礙作用。
但是另一方面，不僅僅是稀薄就意味著透明，因為我們可以想像，在稀薄但是覆蓋範圍足夠廣的氯氣中，光線沒有辦法像在空氣中那樣傳播的那麼好，如果有十幾公里厚的氯氣遮擋在頭頂上，那麼地面上應該是十分昏暗的，陽光沒有辦法穿透下來。所以，第二個原因是氧氣和氮氣（當然還包括了空氣中的大部分雜質，尤其值得注意的是二氧化碳）本身不容易吸收可見光，而這就和它們本身的分子軌道結構有關係了（當然，液氧有顏色也和結構有關係，畢竟氧氣和液氧是不同的東西）。因為我們知道，每一種物質都有吸收光譜和發射光譜，如果波長不合的話，那麼這種光就不會被吸收。所以真正的原因或許是結構問題。
另外補充一句，雖然空氣中的灰塵會折射光，但實際上它們是必不可少的東西，如果完全沒有灰塵的話，我們將無法看到陰影中的東西，因為沒有一點點的光折射到了陰影中，但是，既然空氣中的灰塵具有折射光的能力，我們也可以想像，在一段足夠厚的勻質空氣之後，遠處的東西對我們來說是不透明的。但是這個數值可能如此之大，以至於我們本身已經因為「近大遠小」的效應而看不清對應物體了。
從進化的角度
另一方面，從進化的角度上來說，生命基本上是在地球上的空氣組分穩定之後才開始蓬勃發展的，而能夠感光並且區分光的生物就更是如此了，畢竟在昏暗的海洋中眼睛是沒有太大作用的東西，而植物雖然需要光，但是卻沒有太大的區分光的必要——因為它們動不了。
植物並非不能感光。比如說莖尖的生長素會聚集在光線較弱的一側，使得植物向有光的部分生長，從而體現出植物的趨光性。畢竟植物也是需要光才能生長的。不難想像，在競爭的過程中，那些能夠趨光生長的之物活得了更好的生存機會。當然，其中這個過程我是不太清楚的，到底是到了維管植物之後才有趨光性，還是早在藍藻的時候植物就有趨光性，這要問植物考古學的人了。不過維管植物的祖先倒是早在 4.3 到 5 億年之前就出現了。
對於植物來說，物體是否透明就是指它會否阻擋植物光合作用所需要的可見光。植物雖然沒有辦法作出立即的行為，但是卻可以通過生長方式表明自己對於光的偏好。事實上這也反應在了它本身的顏色中，反射出綠色就意味著吸收紅色和藍色。
至於動物，最早的動物，或者說，那些連動物都算不上的東西，最開始自然是不感光的。這是想當然的，畢竟對於硫細菌和鐵細菌來說（當然它們不是動物而是古·細·菌~），光不是特別重要的東西，那些能夠在極端條件下生活的它們並不需要這個技能。當然植物需要，但是顯然動物不是植物。那麼動物，是怎麼開始需要感光的呢？
對於這個進化過程，我們可以思考兩個問題，一是對於顏色的感覺：人類是否有可能進化為將空氣看成是不透明的種族？另一方面，如果在另外一種環境下進化，人類會如何變化？
如果思考行為模式複雜的動物會比較困難的話，還是從幾乎沒有行為的植物來思考吧。
對於用葉綠素 a、b 和類胡蘿蔔素將光能轉化為化學能的植物來說，「透明的物體」就是那些不會阻擋藍、紫光和紅光的物體（當然植物不會作出過於詳盡的區分，生長素的濃度分布或許不會特別挑剔頻率，畢竟在大自然中，
藍、紫光和紅光已經覆蓋了可見光的兩端，並且一般來說有光就等於有紫光和紅光，至於葉黃素和葉綠素 c，表示沒有找到吸收光譜所以不敢確定 ）。自然選擇的作用在這裡是很明顯的：如果一種植物能夠趨光生長，那麼必然有著更為明顯的優勢。但是動物呢？動物是如何依靠電磁波生活的？
當我們開始思考動物的時候會發現，首先不同動物之間就有視覺差異，對於人來說，一塊紅色的玻璃在某種意義上是不透明的，因為透過它看深綠色和看黑色是一樣的——這導致了信息的喪失，而且有時候分不清黑色的蘑菇和墨綠色的蘑菇可能會是致命的。但是對於某些簡單的生物，比如說蜜蜂或者蒼蠅或者烏賊（我不確定是誰了），有沒有這樣一層玻璃對於它們的生活是沒有影響的，至於那些根本就沒有視覺的生物來說就更是如此了，畢竟紅綠色盲也並非不能生活（否則他們的基因就會被淘汰掉？不過沒有被完全淘汰的可能原因還包括人類社會內部的互助行為）。
另一方面，動物內部存在某種共同點：大部分（我不確定是不是全部）動物都沒有辦法看到紅外線和紫外線，更不用說 X 射線級別的高頻變態存在和毫米波之類的通信微波了。
為什麼？這有非常明顯的原因，事實上，在太陽光譜中，最為強烈的恰好就是可見光附近的光譜。
（參照：空氣為什麼是透明的？）進一步，由於臭氧層會吸收紫外線，而二氧化碳會吸收紅外線，所以我們周圍最為強勁的電磁波，當然是在無線電通訊和微波爐之類的人造物發明之前，就是可見光。可以設想，如果二氧化碳、氧氣和氮氣中的某一種會吸收所有除了紅色之外的光譜，那麼我們便會將現在的綠色或者是藍色稱為紫外線，而有可能在目力能及範圍內重新劃分出三種視錐細胞，至於這些細胞是否能產生和現在一樣的感覺那就難說了。
並且可見光的定向性和反射性都很好，並且能被大多數物體以相同或者相近的形式吸收並且反射，可以為動物提供較為有區分度的信息。穿透力過強的電磁波無法攜帶信息，而衍射性太強的電磁波沒有聲波那麼好用。當然關鍵還是兩者在地表的量都比不上可見光。
還記得我曾今在之前某個找不到了的答案中類比了一下聲音和光：光強類比於聲強，頻率可以類比於聲音的頻率，類似的，顏色可以類比於音色。只不過，對於人類的視覺系統來說，聽覺系統缺少了一個部分：聽覺系統就像是色盲那樣，人們只能區分聲音的高低，但是視覺卻有三個維度，三種視錐細胞分別接收三種頻率下的光刺激。當然，聲音可以繞過物體，就和長波和中波一樣，但是這會損失它的可定向性：在森里裡面你聽不出來聲音是從哪裡傳來的。但是這也是人類不可或缺的能力，畢竟在森林裡面你也看不到危險會從哪裡接近。
所以，除非在人類進化的過程中，空氣組分發生了極大的變化，比如說空氣中含有某種雜質的的量大幅度增加，使得空氣對於某種光的通透性下降，否則我們沒有理由認為空氣會被一種正常進化的生物視作是不透明的。因為空氣是透明的才有意義：無論是發現食物還是躲避捕食者。
另外有趣的一點是，我們往往可以通過光的波長來區分兩種不同性質的光：光源光和反射光。
更好的問題是為什麼大氣窗口（即能通過大氣而不被嚴重吸收的電磁波波段）正好就是太陽光譜中功率比較大的那段，即可見光波段。如果這個問題解決了，那人類依靠進化就自然能調整到對可見光波段最敏感的程度。
我認為這個屬於（並不是非常巧的）偶然因素。太陽功率譜是由恆星模型決定的，而這個原子物理級別的問題相對於分子化學級別的分子能級理論是更本質的，所以地球只是比較幸運地擁有了大氣窗口包括可見光波段的大氣層。但也並不是非常巧，因為大氣窗口本身還有微波波段等其他窗口，不是唯一的。
無論如何，人擇理論總是適用的——恆星功率譜和大氣層透過窗口最匹配的行星總是最容易發展出智慧文明的；如果地球的空氣相對於可見光來說不透明，很有可能根本不會存在人類來提出這個問題。空氣對光的散射大部分為水 二氧化碳 和 氧,他們在可見光波段有個窗口.盜張圖..([全球變暖的物理基礎和科學簡史&>胡永雲)
是的，是人眼進化的結果。最初生命就誕生於這樣的環境，一切都是為了適應這樣的環境進化出來的。空氣不是真空，看上去透明只能是因為進化選擇了這樣的我們。
空氣中的分支比較稀疏，可以允許光（權且當作光子）穿透過，所以是透明的而其他不透明的物質，是因為他們的分子阻擋了光子，沒法穿透
大氣中主要是氮氣和氧氣, 還有少量水蒸氣和二氧化碳等氣體, 它們中含有氮、氧、氫、碳等原子。這些原子會在太陽光束電場的策動下振動起來, 相當於一個振子。這些振子可分為兩類: 一類是電子振子, 固有頻率高於可見光頻率, 又稱紫外振子; 另一類是重振子, 固有頻率低於可見光, 又稱紅外振子。顯然, 這些分子在可見光區沒有共振, 因此空氣對於可見光幾乎是透明的。[1]
但是，天氣好時，大氣層在陽光下發藍，這是由於散射。由於紅外振子的振幅遠小於紫外振子（紅外振子與原子運動相聯繫, 其質量M遠大於和紫外振子相聯繫的電子質量m）[1]，所以只考慮紫外振子。在可見光中,除了藍光和紫光的頻率接近這個固有頻率外, 其他單色光的頻率都相對小得多。所以, 通過大氣的陽光只有藍光和紫光引起大氣分子電荷做受迫振動的振幅最大。換句話說, 藍光和紫光比其他可見光散射得強烈。太陽光中紫光相對強度小, 這就是晴空之所以呈蔚藍色的原因。
[1]惠勇，張戰傑.歌詞中的物理知識.現代物理知識.18卷第Ⅰ期.我的看法是這樣的：視網膜其實是可以看到的，但是由於一直存在，所以大腦讓它「消失」了，空氣也是相同的原理吧，可能空氣的顏色本來是白色半透明的，但是因為一直看到，所以現在被「習慣」，或者說是「自動屏蔽」了，但是當空氣的成分產生變化，變成「霧」或「雲」之類的，我們卻又能看見了
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