一些物质在暴露于光下后可以在黑暗中慢慢地发出光来,其他物质只有在被照亮时才能发光。矿物萤石通常有这种特性。这种奇怪的发光现象最初在16世纪被发现,如果一束斜光穿过树林,林中小路就会出现绚丽的光彩。牛顿把这一现象称为“内反射”。我父亲喜欢用奎宁水验证这一现象--它在日光底下会显现出微弱的蓝光,在紫外线下会显现出闪耀的绿宝石光。但是一种物质发出的到底是荧光还是磷光(很多物质发出两种光)?要发光,需要蓝光、紫光或日光(日光含所有波长的光),红光则没有用。事实上,最容易产生荧光的就是肉眼看不见的紫外线,它在光谱的另一边,超越了紫色。
我和荧光的第一次接触就是利用父亲在手术室里用的一盏紫外灯--一盏古老的带金属反射镜的汞灯,能发射出微弱的蓝紫色光和看不见的紫外线。它被用于诊断一些皮肤病(在它的照射下,一些真菌会发荧光)和其他疾病。我的哥哥们用它来“美容”,把皮肤晒成古铜色。
这些无形的紫外线是非常危险的--如果暴露在紫外线下太长时间,人们就会被严重烧伤,所以使用紫外灯必须像飞行员一样戴特殊的护目镜,穿皮革和羊毛,用由特殊玻璃制成的厚厚的镜片挡住大部分紫外线。尽管有护目镜,也必须避免直视灯光,否则眼球会受到伤害,视力模糊,变成白花花一片。站在紫外线中的人,能够看见他们的牙和眼睛发出白光。
亚伯舅舅住的地方离我们家只有几步路,是一个神秘的地方,挤满了各种各样的仪器:盖斯勒管、电磁铁、电动机械、发动机、电池、发电机、电线、X光管、盖格计数器和磷光网片,以及各种各样的望远镜。很多仪器都是他亲手做的。他会把我带到他的阁楼实验室,特别是在周末的时候,他很乐意我操作这些仪器。他让我使用他的磷和荧光原料,还有他使用的手持式伍德紫外灯(这些比起我们家的老式水银紫外灯容易操作多了)。
亚伯舅舅的阁楼里有很多磷,他会像画家调色一样在他的调色板上混合它们--深蓝色的钨酸钙、浅蓝色的钨酸镁、红色的钇化合物。荧光就像磷光,可添加一些活化物,使其发光,这是亚伯舅舅最感兴趣的地方。荧光灯较亮,而磷会产生一种柔和温暖、适合人眼的可见光。亚伯喜欢纯净精致的颜色,这时需要各种各样的稀土元素作为催化剂--铕土、铒土、铽土,就能产生这样的颜色。他告诉我,这些催化剂存在于一些矿石中,但是数量特别少,却也给予了矿石特殊的光泽。
还有一些特别纯的物质也能够发出荧光,铀盐是最突出的一种。在水里溶解一点儿铀盐,溶液就会发出光亮--浓度为百万分之一就足够。铀盐也可为玻璃上色。铀玻璃或“金丝雀玻璃”在维多利亚式和爱德华七世式的屋子里非常流行。我对我们前门的彩色玻璃非常着
迷。金丝雀玻璃透过黄色的光,这种玻璃看起来也是黄色的,但是在日光的短波的照射下,它就会发出鲜绿色的荧光,因此,因为光照的角度不用,它通常会在绿和黄之间转换。尽管我们前门的彩色玻璃因为大战期间的一次炸弹爆炸而粉碎,被换成了一块讨厌的凹凸不平的白色玻璃,或许是因为怀旧之情,它的颜色仍然生动地存活于我的脑海里--尤其是现在亚伯舅舅给我解释了它的奥妙之后。
尽管亚伯花费很多精力用于研究发光漆,后来还研究用于阴极射线管的磷,但跟戴维一样,他最大的兴趣还是研究照明。他早期的希望是发明一种跟热射光一样有效、舒适、易处理的冷光源。因此,当戴维舅舅的目光仍停留在白炽光上时,亚伯舅舅则从一开始就认定没有用电是不能够产生强大的冷光的,所以电激发光是关键所在。
早在17世纪初,人们就知道稀薄的气体或蒸汽通电就会发光。如果摩擦水银气压计的玻璃,接近真空的汞蒸汽就会发出漂亮的蓝色光。
使用19世纪50年代发明的感应线圈的强大电流,可使长长的汞蒸汽柱发光。更早以前,亚历山大·埃德蒙·贝克勒尔就建议给放电管的外面涂上一层荧光物质,这样更适合照明。但是水银灯在1901年被发明并用于特殊用途时,它们很危险且不可靠,它们的光--在没有荧光涂层时--光线太蓝而不适合家居照明。在第一次世界大战之前,用荧光粉涂层这些管子的努力因为存在一大堆问题而失败了。与此同时,其他气体和蒸汽也被反复用来做实验:二氧化碳发白光,氩发蓝光,氦发黄光,氖当然发五彩光。用于广告的氖管到20世纪20年代在伦敦变得很普遍,但在20世纪30年代晚期荧光管(用汞蒸汽和一种惰性气体的混合物)才开始商用,在这方面,亚伯舅舅起到了相当重要的作用。
为了证明他并不固执,戴维舅舅在他的工厂里安装了一盏荧光灯。在年轻时见过煤气灯和电灯交战,两兄弟有时会争论白炽灯和荧光灯的优缺点。亚伯说白炽灯会重蹈煤气灯的覆辙,戴维说荧光灯管大又笨,比不上灯泡价廉物美。50年后,他们俩很惊讶地发现,当荧光灯以各种各样的方式发展的时候,灯泡依然很流行,它们以一种友好的关系共存。
亚伯舅舅给我看的东西越多,整个事情就变得越神秘。我知道一些光:那些颜色是因为我们看见不同的频率或波长;物体的颜色源于光的吸收、发射或穿透。我知道黑色物质吸收所有的光,而不反射光。金属和镜子完全相反。我想象着光粒子的前导波会像橡皮球一样击中镜子并被即刻弹回。
但一研究荧光和冷光,这些观点都没有用。有一种无形的光,一种黑光,照射到物体上,会让物体自行发出白色、红色、绿色或黄色的光。原来的光源并没有这种光的频率。
还有时间问题。发光通常被看做是即时的。磷光像是先将日光的能量捕获、储存,转变为不同频率的能量,然后在几小时内缓慢地发光(亚伯舅舅告诉我,荧光也会有同样的问题,但延迟的时间很短,不到一秒),这到底是怎么回事呢?
亚伯舅舅告诉我一些关于火柴的历史。他告诉我,最初的火柴得沾一下硫酸才能点燃。在19世纪30年代才有摩擦火柴,这导致下一个世纪对白磷的巨大需求。他告诉我:小女孩们工作的火柴工厂环境恶劣,她们经常会患上可怕的疾病--颚疽症,直到白磷在1906年被禁止使用(更稳定更安全的红磷还在继续使用)。亚伯舅舅还提到了第一次世界大战期间使用的可怕的磷弹,像毒气一样被禁止使用。但是1943年,这些东西再次被自由使用,有上千人被烧伤,受到地狱般的折磨。
磷不是唯一一种暴露在空气中时会慢慢被氧化而发光的元素。刚被切开时,钠和钾也同样可以因氧化而发光,但是当切割面失去光泽后,它们就不再发光。一个下午,黄昏渐渐降临,我在实验室工作到很晚,我还没有打开灯,才偶然发现了这一现象。
同样重要的是阴极射线管,它现在被用于电视机。亚伯拥有一台20世纪30年代的电视机--一台带有圆形屏幕的庞然大物。他说,除了外表涂了一层磷之外,它的阴极射线管与克鲁克斯在19世纪70年代发明的阴极射线管没多大差别。用于医学或电子仪器的阴极射线管通常被涂上一层硅酸锌成硅锌,在电子的撞击下,它会发出一种闪耀的绿光。但是电视用磷就可以了,能发出清晰的白光。如果要制造彩色电视机,就需要三种比例调配到丝毫不差的磷,就像彩色照片需要的三种颜料。发光漆掺杂的活化剂对此相当不适合,人们需要更多更细致和精确的颜色。
亚伯舅舅还给我看了其他类型的冷光。可以用各种各样的晶体,像硝酸铀晶体,甚至普通的蔗糖,用臼和杵或是用两根试管(如果是糖,就可用牙齿咬)捣碎它们,这就会发光。这种现象被称为摩擦发光。正如18世纪詹巴迪斯塔·贝卡利亚神父记录的那样:“只要在黑暗中嚼糖就会吓到普通人。张开嘴,人们会看到你的嘴里充满火。糖越纯,火光越多。”结晶之时,也能看到发光。亚伯建议我做一份溴酸锶的饱和溶液,并让它在黑暗中慢慢冷却--起初什么也没发生,后来我看见火花,微小的闪光,广口瓶底形成结晶。
我从书上看到,可用这种方法制造发光体。在减压的状态下,玻璃管中的水银会打转,因而带电,瓶口就会出现亮亮的一圈。