为什么空气是透明的 _为什么空气是透明的。你能感觉到却抓不到。

【为什么空气是透明的】因为空气中没有界面，大多数情况下不会产生折射，即便发生了偏折也在完全可以接受的范围内。因此便排除了磨砂玻璃的那种情况。如果真的因为冷热导致密度不均匀而产生折射的话，某种意义上来说空气就不是完全透明的了，即光不能完全如实地传递到人的眼睛里面，虽然大部分映像是真实的，但是有一些部分映像或许被其他的虚像替代了。
空气为什么是透明的？【转】首先是「透明」。透明是某一个物体（一般来说是固体、液体或气体的物体）不会从信息的层面上干扰电磁波传递的性质。（注意，「不会从信息的层面上干扰」本身是暧昧不清的）而在日常语境下，「电磁波」限定在的可见光的范围内，或者是某个频段下的可见光。一般当我们在使用「透明」的时候，会在不同的意义上使用这个词，一方面，玻璃是透明的，空气是透明的，水是透明的；另一方面，红色眼镜是透明的，尽管你可能没有办法透过它看到一个墨绿色黑底的图案。在前一种情况下，透明是针对所有可见光来说的，但是在后一种情况下，只有红色谱系的光可以透过这个「墨镜」，而大部分其他颜色的光，或者是被完全吸收了，或者是，被吸收了一大部分。所以「透明」是针对某一类电磁波来说的。一般来说我们不会说一个只能透过紫外线而不能透过可见光的物质是透明的，如果硬是要给它一个名号，我们会说这种物质是对于紫外线透明的。此外，透明并不是某种物质的性质，而是某个物体的性质，可以想像，一块红色的玻璃在足够厚的时候也是不透明的。在起雾的时候会有能见度的概念，此时 10 cm 厚的空气（准确来说是「雾」或者「霾」）是透明的，但是 1 km 厚的则不是。同样的物质在不同的尺度上有不同的透明度。除了通透性之外，还有保向性。由于没有学过光学，所以这里的词汇采用的是个人的词汇。所谓「通透性」，是指光在一定厚度的介质内，在某个误差范围内可以视作没有被吸收的性质，比如说猛烈的日光透过薄薄的云层打在地面上，但我们却看不清太阳的轮廓。所以除了通透性，我们还必须要考虑穿过介质的光是否和之前有着一致的方向，就像一块很薄的磨砂玻璃，虽然几乎不会吸收光线，但却是不透明的，这是因为磨砂玻璃的界面是不平整的，由此导致折射出来的光线并非沿着原来统一的方向，云层的情况也是类似的。另一方面，对于不同的信息，要求是不同的，比如说初号字在透过磨砂玻璃之后可能还能看清，但是小五就有可能看不清了。这时我们不能说这块磨砂玻璃是或者不是透明的，我们希望能够有一个来量化其透明度的值。也即，模糊集合中的归属度。从物理的角度所以，如果是从物理的角度上来解释为什么空气是透明的，那么原因很简单，一方面，因为空气中没有界面，大多数情况下不会产生折射，即便发生了偏折也在完全可以接受的范围内。因此便排除了磨砂玻璃的那种情况。当然，如果真的因为冷热导致密度不均匀而产生折射的话，某种意义上来说空气就不是完全透明的了（当然也是在某个尺度下），即，光不能完全如实地传递到你的眼睛里面，虽然大部分映像是真实的，但是有一些部分映像或许被其他的虚像替代了。不过这是某种极端情况下的细节问题，暂不考虑。如果分析正常情况下的透明性的话，大概有两点，一个是空气中分子稀少，光被吸收的本质是和原子的核外电子相互作用。分子稀少自然就很少会发生吸收，毕竟光在真空中是不会受到阻碍的。而如果空气并非由稀疏的氧分子和氮气分子组成，而是由相对致密的液氮和液氧组成的话，通透性必然就没有那么好了，毕竟液氧是淡蓝色的，对光线多少有阻碍作用。但是另一方面，不仅仅是稀薄就意味着透明，因为我们可以想象，在稀薄但是覆盖范围足够广的氯气中，光线没有办法像在空气中那样传播的那么好，如果有十几公里厚的氯气遮挡在头顶上，那么地面上应该是十分昏暗的，阳光没有办法穿透下来。所以，第二个原因是氧气和氮气（当然还包括了空气中的大部分杂质，尤其值得注意的是二氧化碳）本身不容易吸收可见光，而这就和它们本身的分子轨道结构有关系了（当然，液氧有颜色也和结构有关系，毕竟氧气和液氧是不同的东西）。因为我们知道，每一种物质都有吸收光谱和发射光谱，如果波长不合的话，那么这种光就不会被吸收。所以真正的原因或许是结构问题。另外补充一句，虽然空气中的灰尘会折射光，但实际上它们是必不可少的东西，如果完全没有灰尘的话，我们将无法看到阴影中的东西，因为没有一点点的光折射到了阴影中，但是，既然空气中的灰尘具有折射光的能力，我们也可以想象，在一段足够厚的匀质空气之后，远处的东西对我们来说是不透明的。但是这个数值可能如此之大，以至于我们本身已经因为「近大远小」的效应而看不清对应物体了。从进化的角度另一方面，从进化的角度上来说，生命基本上是在地球上的空气组分稳定之后才开始蓬勃发展的，而能够感光并且区分光的生物就更是如此了，毕竟在昏暗的海洋中眼睛是没有太大作用的东西，而植物虽然需要光，但是却没有太大的区分光的必要——因为它们动不了。植物并非不能感光。比如说茎尖的生长素会聚集在光线较弱的一侧，使得植物向有光的部分生长，从而体现出植物的趋光性。毕竟植物也是需要光才能生长的。不难想像，在竞争的过程中，那些能够趋光生长的之物活得了更好的生存机会。当然，其中这个过程我是不太清楚的，到底是到了维管植物之后才有趋光性，还是早在蓝藻的时候植物就有趋光性，这要问植物考古学的人了。不过维管植物的祖先倒是早在 4.3 到 5 亿年之前就出现了。对于植物来说，物体是否透明就是指它会否阻挡植物光合作用所需要的可见光。植物虽然没有办法作出立即的行为，但是却可以通过生长方式表明自己对于光的偏好。事实上这也反应在了它本身的颜色中，反射出绿色就意味着吸收红色和蓝色。由于实在是不清楚单细胞生物是如何感光的（或者说是否有能力感光），上面这幅图的描述的是多细胞生物（以人为例）眼睛形成的过程。首先是一块感光的部分逐步变形，在形成凹洞和原始的视网膜之后，中间的空洞由某种介质填充，使得成像不再是以小孔的方式，而是以折射的方式（准确来说是以透镜汇聚的方式）。最后发展出虹膜和其它各种细节。如果思考行为模式复杂的动物会比较困难的话，还是从几乎没有行为的植物来思考吧。对于用叶绿素 a、b 和类胡萝卜素将光能转化为化学能的植物来说，「透明的物体」就是那些不会阻挡蓝、紫光和红光的物体（当然植物不会作出过于详尽的区分，生长素的浓度分布或许不会特别挑剔频率，毕竟在大自然中，蓝、紫光和红光已经覆盖了可见光的两端，并且一般来说有光就等于有紫光和红光，至于叶黄素和叶绿素 c，表示没有找到吸收光谱所以不敢确定）。自然选择的作用在这里是很明显的：如果一种植物能够趋光生长，那么必然有着更为明显的优势。但是动物呢？动物是如何依靠电磁波生活的？当我们开始思考动物的时候会发现，首先不同动物之间就有视觉差异，对于人来说，一块红色的玻璃在某种意义上是不透明的，因为透过它看深绿色和看黑色是一样的——这导致了信息的丧失，而且有时候分不清黑色的蘑菇和墨绿色的蘑菇可能会是致命的。但是对于某些简单的生物，比如说蜜蜂或者苍蝇或者乌贼（我不确定是谁了），有没有这样一层玻璃对于它们的生活是没有影响的，至于那些根本就没有视觉的生物来说就更是如此了，毕竟红绿色盲也并非不能生活（否则他们的基因就会被淘汰掉？不过没有被完全淘汰的可能原因还包括人类社会内部的互助行为）。另一方面，动物内部存在某种共同点：大部分（我不确定是不是全部）动物都没有办法看到红外线和紫外线，更不用说 X 射线级别的高频变态存在和毫米波之类的通信微波了。进一步，由于臭氧层会吸收紫外线，而二氧化碳会吸收红外线，所以我们周围最为强劲的电磁波，当然是在无线电通讯和微波炉之类的人造物发明之前，就是可见光。可以设想，如果二氧化碳、氧气和氮气中的某一种会吸收所有除了红色之外的光谱，那么我们便会将现在的绿色或者是蓝色称为紫外线，而有可能在目力能及范围内重新划分出三种视锥细胞，至于这些细胞是否能产生和现在一样的感觉那就难说了。并且可见光的定向性和反射性都很好，并且能被大多数物体以相同或者相近的形式吸收并且反射，可以为动物提供较为有区分度的信息。穿透力过强的电磁波无法携带信息，而衍射性太强的电磁波没有声波那么好用。当然关键还是两者在地表的量都比不上可见光。还记得我曾今在之前某个找不到了的答案中类比了一下声音和光：光强类比于声强，频率可以类比于声音的频率，类似的，颜色可以类比于音色。只不过，对于人类的视觉系统来说，听觉系统缺少了一个部分：听觉系统就像是色盲那样，人们只能区分声音的高低，但是视觉却有三个维度，三种视锥细胞分别接收三种频率下的光刺激。当然，声音可以绕过物体，就和长波和中波一样，但是这会损失它的可定向性：在森里里面你听不出来声音是从哪里传来的。但是这也是人类不可或缺的能力，毕竟在森林里面你也看不到危险会从哪里接近。所以，除非在人类进化的过程中，空气组分发生了极大的变化，比如说空气中含有某种杂质的的量大幅度增加，使得空气对于某种光的通透性下降，否则我们没有理由认为空气会被一种正常进化的生物视作是不透明的。因为空气是透明的才有意义：无论是发现食物还是躲避捕食者。另外有趣的一点是，我们往往可以通过光的波长来区分两种不同性质的光：光源光和反射光。光源光一般包含波长 450 nm 以下的光，而反射光的波长一般不包含。对于高等动物来说，区分这两种不同的光是有意义的。大概色觉的进化就是从这里开始的吧。最后，所有进制都是 10 进制。（请理解这句话）