佩希奇这一漫长的智力之旅为我们介绍了化学、光学和原子物理学的主要思想。他阐述了光的偏振、瑞利散射和天空表观与阿伏伽德罗常量的联系。他讨论了天空在艺术绘画上的表征变化、从新的绘画风格到创造出能绘出新色彩所用的新颜料。关于宇宙的大小及其密度，他思索了夜空的光芒能带给我们怎样的启示。佩希奇还提出了一个大胆的问题：我们能把天空装入瓶中吗？我们能在地球上再造并了解这种蓝色吗？他说，这些谜团为我们开辟了更为广阔的领域；天空的颜色和亮度触及了物质和光的秘密、宇宙在时间和空间上的范围、地球的命运，以及深层次的人类情感。

孩子们问，“为什么天空是蓝色的？”这个问题让解开了如此多个秘密的柏拉图、达芬奇，甚至牛顿也感到困惑。对这个问题的探索持续了几个世纪。1862年，约翰·赫歇尔爵士将天光的颜色和偏振列为“气象学的两大未解之谜”。在本书中。佩希奇将带领我们探寻这一谜团的本质，溯源科学、历史与艺术对寻求此答案所做的种种努力。他以古代学者作为叙述的开端，随后探究了启蒙运动时期的自然哲学家、科学革命的实验者和其他人的工作。书中涉及的人物有亚里士多德、达芬奇、开普勒、笛卡儿、欧拉、索叙尔、歌德、瑞利与爱因斯坦；但问题本身才是故事的主角，通过此书可以看到人类为解决问题所做的努力。

佩希奇这一漫长的智力之旅为我们介绍了化学、光学和原子物理学的主要思想。他阐述了光的偏振、瑞利散射和天空表观与阿伏伽德罗常量的联系。他讨论了天空在艺术绘画上的表征变化、从新的绘画风格到创造出能绘出新色彩所用的新颜料。关于宇宙的大小及其密度，他思索了夜空的光芒能带给我们怎样的启示。佩希奇还提出了一个大胆的问题：我们能把天空装入瓶中吗？我们能在地球上再造并了解这种蓝色吗？他说，这些谜团为我们开辟了更为广阔的领域；天空的颜色和亮度触及了物质和光的秘密、宇宙在时间和空间上的范围、地球的命运，以及深层次的人类情感。

引言

蓝色之外

青蓝色

孔雀蓝

蓝色色度

蓝色花儿

真实的蓝

蓝色定律

蓝色骑士

深蓝

完美之蓝

附录A：实验

附录B：斯托克斯、廷德尔与汤姆逊

 关于天空蓝色的书信往来

注释

致谢

对于天空颜色的初始研究颇具启发性。然而在之后的1000年内这种探究停滞不前。亚里士多德仍然是进一步的理论的卓越源头。穆斯林思想家们使亚里士多德的天文学理论得到进一步发展，同时也继承了这样的假定，即地球周围围绕着七个天球。随着时间的流逝，这些天球变得越来越坚固结实。天文学家托勒玫认为它们仅仅是数学上的发明，但是后来他却认为这些天球是真实存在的。这些天球越坚固，天空颜色的问题就越变得不是地球大气的问题而是外部天球颜色的问题。

然而，人们的注意力逐步地转到大气的本质以及它和天空中光线的关系上来。中国人对于天空颜色的探索比欧洲人更为深入。公元400年，蒋骥解释了“为什么早晨和傍晚的太阳是红色的，而中午的太阳则是白色的”，他认为，“陆地上的水汽(地气)没有上升到很高的天空中。”如果它们上升到天空中，太阳看起来会一直是红色的。蒋骥当时就已经认识到：在地平线上的太阳，我们是透过较厚的大气层看到的。在此一个世纪之前，中国的其他学者认为薄雾天气是由天空中微小的悬浮颗粒所致。

和其他许多领域一样，阿拉伯的思想家们遥遥领先西方。他们的研究活动由《圣训》(hadith)支持，其中的格言来自先知穆罕默德(Muhammad)本人：“真主将指引那些追求知识的人通往天堂之路……学者的墨水比殉教者的血更为神圣……每个穆斯林人必须寻求知识。”金迪(Ya'qubIbn Ishaq al-Kindi)是最杰出的穆斯林哲学家之一。公元9世纪，金迪活跃在巴格达，他是智慧屋的大师，智慧屋是由哈里发赖世德(Harun al-Rashid)的一个儿子建立的学术研究中心，而赖世德则是《一千零一夜》中阿拔斯王朝的统治者。

金迪是资助翻译亚里士多德作品的第一人。他兴趣广泛，包括自然科学、数学、光学、音乐和宇宙学——早在西方文艺复兴之前，他就是一位真正的博学者。他对于物理世界的关注影响了伊斯兰哲学：他致力于推理过程，因而被极端正统教派视为异类。

后来，金迪将视线由亚里士多德转向视觉是眼睛发散光线所致这一积极的概念。他在信中写道，“鉴于天蓝色是眼睛通过大气注视天空看到的颜色，于是人们认为这种颜色就是天空的颜色。”也就是说，天蓝色并不是天空自身的颜色，而“仅仅是出现在视线中的颜色”，是人类视觉的产物。他声称只有固体物质能够被完全照亮，也因此真正有颜色。那些非固体物质如水、空气、火和透明的天空不能被完全照亮，因而是没有颜色的。

根据金迪的理论，“地球四周的大气被分散于其中的粒子微弱地照亮了，这些粒子由于接受了地球和星光反射光线的热量从而变成火红的粒子。”这些光线“形成一种介乎阴影和光亮之间的颜色，这就是天蓝色”。因此，他的解释以悬浮于大气中的来自地球的粒子作为依据，这些粒子散射了从地球上反射的光线和来自于天空的光线。我们称这种理论为粉尘理论。

这种理论代表了一次显著的转变，它不再遵从柏拉图和亚里士多德的黑暗理论。尽管金迪没有明确阐述这些“来自地球的粒子”可能是什么。但是他有史以来第一次指出大气自身有些物质可以散射光线。很显然，它们可能是尘埃，这种尘埃在中东沙漠无处不在。但是，人们想知道金迪是否会忧虑当悬浮于大气中的尘埃沉降下来时会发生什么。

在光学领域，公元10世纪，金迪的后继者海赛姆(Ibnal-Havtham)做出了更大的贡献，在西方，他被称作海桑(Alhazen)。s海赛姆宣称他会建造一座可以控制尼罗河水流的建筑，因此得到了埃及哈里发的关注。但是随着海赛姆的深入研究。他沮丧地发现：即使是那些建造了古埃及宏伟巨墓的古人们也无法完成他的设想。由此，他放弃了计划。为避免惹怒哈里发，遭来杀身之祸，海赛姆在之后的几年一直装疯卖傻，直到哈里发死后他才重新作为一个健全的人而生活。

海赛姆的《光学》(Optics)是阿基米德死后自然哲学领域最有影响的著作。在这本书中，海赛姆详细地论述了反射(光线射到另一种介质上被折回，如光照到镜子上发生的反射)和折射(当光线倾斜地由一种介质进入到另一种介质时所发生的转向，如光线从空气进入到水中)。与金迪的观点不同，海赛姆认为人类的视觉是由从物体上发散的光线进入眼睛所致。他仔细研究眼睛解剖学，得出了上述结论。他不需要幻象或是发散理论，只需要遵循欧几里得几何学中从物体反射到眼睛的光线。他的同时代人西纳(Ibn Sina)[在西方被称为阿维森纳(Avicenna)]认为光线是由微小粒子组成的：二者都认为光线的速率非常快但却是有限的『这种观点在1676年勒默尔(Ole Roemer)测试光的速率之前就一直在西方占据主流地位]。海赛姆不断进行精心的实验来证实，直到1600年以后，西方才关注到他对于实验的设计和施行。那时，实验成为由伽利略发起的“新哲学运动”的试金石。

例如，为了测试光线是否沿直线传播(欧几里得和托勒玫在他们的光学理论中所提出的)，海赛姆设计了这样的实验：在两面墙中精心打洞，一些洞是垂直的，一些是倾斜的，但是汇聚于同一光源。他测试了直射光和反射光，色光和黎明时的红光。他细致研究了弧形镜和透镜的特性，把欧几里得的数学方法运用于光线射入眼睛的观念。海赛姆的研究为世人呈现了基本的眼睛解剖学知识。其观点已经相当接近于现代眼睛解剖学。他通过墙上的小洞反射了日食的影像。这种装置后来在西方被称作暗箱。他还(正确地)判断出太阳在地平线下19°时，出现最初(后)一缕曙(暮)光。

海赛姆认为大海的颜色仅仅是反射的天空颜色。他声称天顶的蓝色比地平线上的蓝色“更纯，更接近黑色”。在任何一个晴天，人们都可以看到：与天顶的蓝色相比，地平线附近的颜色明显趋向于白色，而在他之前，没有人记载过这个发现。他基于如下事实进一步发展了这个理论：“从大气(地球周围的以太)中的粒子发出的光经过的距离不同，到达天顶的光经过的距离较短，而到达地平线的光经过的距离更长。”海赛姆利用了他的基本假设：光线的颜色取决于它们穿越大气的长度。“如果在大气中存在一些诸如水蒸气、烟尘等等的固体物，并且有光照射到这些物上，那么根据它们的薄厚以及清浊等级的不同，天空将随之呈现比如云等等物体的颜色。”

与金迪一样，海赛姆也认为天空出现的光是由悬浮于大气中的“固体物质”“反射”的。但是，海赛姆认为这些“固体物”不是尘埃。而是“水蒸气”或是烟尘，我们称他的理论为粒子理论。中国人或许早就形成了这种重要推论(尽管中国人并不认为尘埃粒子是固体物)。海赛姆可能对于这些中国学者一无所知，但是，像他们一样，他注意到日落时天空呈现红色是由于到达地平线的光线比来自天顶的光线要经历更长的距离，这就再一次证实了他关于光线基本假设的实用性。同样地，他发现“暗色”是由于悬浮在空气中的尘埃所致。

但海赛姆也提到了一个显而易见的可能性。即雨水能够清洁空气中的尘埃——那么为什么那时天空还是蓝色的呢？是否水蒸气或烟这样的“固体物”不会像尘埃那样沉降下来？即使我们假设粒子总是能够悬浮于空气中，我们仍然不明白为什么它们使天空呈现蓝色，而不是其他的颜色。海赛姆并未给人们下定论，仿佛他也认识到了这些未解之谜的重要性。他的临终遗言说出了他的困惑：“神才知道什么是正确的。”P15-19

一部出色而优美的作品，情感奔放而又博学多闻。

——萨克斯，《错把太太当帽子的人》一书作者

我们头顶的空气中有着许多未解之谜。其中很重要的便是天空的色彩，那种象征希望的色彩。佩希奇，第一流的科学阐释者，为我们讲述了(包含实验)生动的故事，让我们了解为什么天空——我们的天空——是蓝色的。

——霍夫曼，1981年诺贝尔化学奖得主，《同与不同》一书作者

佩希奇孜孜不倦地求解蓝天的宇宙之谜，带领我们踏上刺激的探寻两千年来的科学宝藏之旅，带来深奥的问题、令人惊奇的答案、出人意料的联系，并且总是引出更多的问题。从学术上来说，本书深奥精微，但又通俗易懂。堪称书中的蓝宝石！

——冯·贝耶尔，威廉与玛丽学院首席物理学教授，《信息：科学新语言》一书作者

从歌德到爱因斯坦，佩希奇巧妙地带领我们登上令人望而生畏的峰顶。进入黑暗的实验室，寻找天空蓝色的成因。这是一次思维的探险，他运用观察、捕捉灵感、进行测量，向我们展示简单的事物真相如何脱胎于复杂的表象。

——科什纳，哈佛大学克洛斯教授，《奢华的宇宙》一书作者

带着“为什么天空是蓝色的”这个简单的问题，佩希奇为我们打开了观察的大门，引导我们思考光、颜色、视觉和大气，谈古论今。此书以个人传记为叙述框架，为读者展示了一些实验，最后作者甚至给出了谜题的答案。

——帕克，威廉姆斯学院荣誉退休物理学教授，《眼中之火》《大机器》等书作者

为什么白天的天空是蓝色的，而不是紫色的？为什么夜晚的天空是黑色的？此书令人惊奇，是一本节奏轻快的叙事读物，在历史、艺术和物理学之间穿梭，它有着离奇曲折而悬念迭生的情节。一场引人人胜、清晰明确的调查！

——金格里奇，哈佛一史密森天体物理学中心，《没人读的书：追逐哥白尼的革命》一书作者