Rozptyl světla – nejvšednější jev v přírodě, nebo div moderní optiky?

Při zpětném přechodu na hladinu nižší se zase příslušné světelné kvantum emituje. Avšak jak je možné, že ještě před svítáním či po západu slunce není tma? Jak to, že i v pokoji s okny obrácenými k severu, kam nikdy nedopadne přímé sluneční světlo, vidíme docela dobře? I když vezmeme v úvahu ještě difrakci, tj. ohyb světla, postačující k vysvětlení červánků při západu a východu slunce, zůstává věc nadále záhadou.

Lidé sice již dávno pochopili, že příčinou je asi svit modré oblohy; teprve ke konci 19. století však fyzikové pochopili, že tento jev je způsobován rozptylem světla na „částicích vzduchu“, což kvantová teorie interpretuje jako nepřímé přechody  mezi energetickými hladinami v částicích. Kde není vzduchových částic, není atmosférického rozptylu, takže celá obloha je úplně černá, v oné černi oslnivě září jen slunce a hvězdy – což letci stoupající za dne do velkých výšek skutečně potvrzují.

Co však jsou ony hypotetické vzduchové částice, na nichž k spásnému rozptylu dochází, a proč je při rozptylu upřednostňována právě modrá barva? Prvním velkým badatelem, který tyto jevy na sklonku 19. století vysvětlil ke spokojenosti své i svých učených současníků, byl Angličan Lord Rayleigh, který se domníval, že k onomu rozptylu dochází na molekulách vzduchu, tj. na molekulách O2, N2, ozonu O3, případně dalších. Ale jak to, že také sluncem ozářené vodní masy se jeví z výšky modré a jak to, že tlustší vrstva skla se také jeví modrá – a jak je možné, že planeta Země je modrou planetou? Bystřejší hlavy proto již začátkem 20. století začaly nad Rayleighovými výklady trochu pochybovat; a není jistě bez zajímavosti, že k nim patřil především jeho syn Robert.

Je tedy na místě uvést již nyní pár podrobností jak o příslušných jevech, tak o osobách, podílejících se na jejich výkladu. Tedy především proslulý Lord John Rayleigh skutečně správně shledal, že intenzita rozptýleného záření je přímo úměrná čtvrté mocnině frekvence záření, čili nepřímo úměrná téže mocnině jeho vlnové délky; zdálo by se tedy, že barva oblohy či vody a průhledných látek by měla být nikoliv modrá, ale fialová, neboť světlo této barvy má nejvyšší frekvenci ze všech barev pozorovatelných lidským okem.

Do hry však vstupují ještě další dva závažné vlivy – v samotném slunečním záření je nejvíce zastoupena barva žlutá o přibližně 555 nm (nanometrech), nikoliv fialová; kdybychom žili někde v planetární soustavě Siria, viděli bychom asi oblohu fialovou. Dále však je také naše oko citlivější na modrou než na fialovou a nejcitlivější je na záření barvy žluté. Výsledkem obou vlivů je to, že náš zrakový orgán nejvíce z rozptýleného záření dráždí právě světlo barvy modré. Skutečnost, že lidské oko je nejcitlivější právě na světlo vyzařované sluncem s největší intenzitou, je asi také důsledkem dlouhého vývoje lidského rodu, který se během věků přizpůsobil slunečnímu spektru, takže nakonec rozhodující příčinou oné preference modré barvy je vlastně spektrum slunce.