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形形色色的光源
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清晨,一轮红日从东方升起,向大地洒下万道金光,新的一天开始了。太阳这颗巨大而灼热的火球是太阳系里热和光的最主要来源。太阳的表面温度高达5700℃,中心温度要达到1500 万℃。每天它以光和热的形式向外发出 3.8×1030 卡热量。除太阳之外,金属和碳在高温下也会发光。800℃的时候它们就会发出暗红色的光;温度再升高,光变黄色;温度超过3000℃时它们就处在“白炽化”状态。我们见到的白炽灯就是利用了这个道理。白炽灯才发明了100 多年。在此以前火是人造光源的唯一形式。人类在旧石器时代的中、晚期就知道用打击石头的方法来取火,后来又发明了摩擦、钻木等取火方法。据《周礼》记载我们的祖先外出狩猎或打仗,总要“左佩金燧⋯⋯右佩木燧”,金燧是一个像酒盅模样的凹面镜,对日聚光可以点燃火绒。而木燧就是钻木取火的工具。可见古代人对保存火种是很重视的。为了能取得明亮而持久的光源,我国古代有“神农作油,轩辕作灯,唐尧作檠,成汤作蜡烛”的传说。虽然不可靠,但燃烧某些含碳氢或烃类物较多的油类或木材来作光源是有书为证,有物为据的。《周礼》一书中介绍古代火炬是“以苇为中心,以布缠之,饴蜜灌之,若今蜡烛。”《三秦记》曰:“秦始皇墓中燃烧鲸鱼膏为灯。”现已出土的秦汉时期的古灯具也大多是直接燃烧液态油类为光源。汉代巧匠丁缓发明了一种常满灯,会自己添油使灯火不熄。早年出土的西汉“长信宫灯”,它造型生动,设计精巧,不仅灯座、盘罩都能拆卸还可以通过合开灯罩来调节光的照度,油燃烧时产生的烟雾则通过宫女的空心右臂作为烟道,暂存在体腔内以保持房间里的空气清洁,是件融科学与艺术于一体的无价之宝。

世界上除热光源之外,还有一类温度不高但也能发光的物体,称作“冷光源”。萤火虫就是一种冷光源。夜间我们可以在野外看到它们,尾部一闪一闪地发光,十分有趣。雄虫5、6 秒闪一次、雌虫2、3 秒闪一次,这是它们在说悄悄话呢,雌虫选中了对象发出白绿色的光,两虫相遇后便熄灯安息。科学家说萤火虫的腹部长有发光器,它在呼吸的时候,发光器上的荧光酶受到催化与氧化合而闪闪发光。美丽的荧光人见人爱,墨西哥的妇女用菠纱装着萤火虫插在头发上,显得珠光宝气。西印度群岛上的小孩把装着萤火虫的透明匣子缚在脚上,走起来不愁脚下看不清路。印度有一种点灯鸟,鸟巢壁厚而粘,光线暗淡,点灯鸟便抓了许多虫来装饰内壁。据《北史》上说风流的隋炀帝对萤火虫也情有独钟,夜里游览时,将捉在袋子里的萤火虫一起放掉,鎏光溢彩、辉遍岩谷。“囊萤夜读”更是个脍炙人口的故事,说的是东晋时代有个叫车胤的少年,家里很穷没钱点灯,夜里没有办法读书,车胤便用薄布缝制了几个小口袋,扑取了许多萤火虫装进去,挂在案头,囊萤夜读。后来车胤成为一个有学问的人,他的故事也成为千古传颂的美谈。无独有偶,古代目不识丁的渔民也像车胤那样抓萤火虫来做光源,他们是把萤火虫装进洗干净的猪膀胱里,原来猪膀胱柔薄如纸,吹了气里面装了许多萤火虫再把口扎紧就像是一盏小灯笼。渔民把这样的小灯笼挂在水下的网口上,由于鱼都有趋光的习性,见到光亮便争相游来,鱼贯地钻入网中。

水中有不少生物也都有发光的本领。众所周知乌贼鱼每当遭遇敌害时便会放出一团墨汁,来蒙蔽敌害的视线。殊不知它还有一手,在四周漆黑的深海里放墨汁是无济于事的。这时乌贼会从墨囊里喷出另一种液体,这种液喷出后会形成一团发光的“火球”,把来敌吓得一大跳,它便趁机逃之夭夭。乌贼的这种“发光弹”温度不高,也是一种冷光源。深水里还有一种会发光的生物叫光脸鲷,在它的器官中生存着100 亿个会发光的细菌,这些细菌消耗鱼的血液和氧气,同时把化学能转变成光能,光的强度能使离它2 米的潜水员看清楚手表上的数字。故潜水员常常抓了它放进透明的塑料袋里当做手电筒来用哩!据生物学家统计,已知的会发光的生物计有13 门28 纲,除了上述动物和细菌,还有种类繁多的微生物,它们既有能独立生活的,也有以寄生、共生或腐生方式生长在其他生物体上,使本来不会发光的生物也变为能发光的。科学家在实验室里将发光菌注入蛙的脊淋巴囊中,蛙体也大放光明,3~4 天后才逐渐消失。近年来美国科学家正在研究把发光基因移植到植物体内,培育发光植物,并栽在高速公路的两旁来做标记呢!

此外,有些矿石或岩石也会自行发光。古代的印度人发现山上的一些岩石在暗里发出蓝色的微光,引来了蛇寻食,就称它蛇眼石。事实上是这些岩石里含有硫化砷和碳氢化合物等物质,白天经过阳光的曝晒发生激化,夜里发出美丽的磷光。我国古代对冷光源也早有认识。汉代的人就知道梣木树的皮,浸在水里,水会发出青色的荧光。梣树皮是一种药,叫秦皮。可以治痢疾,内含秦皮甲素和秦皮乙素等荧光物质,至今人们还利用它的这种特性来鉴别秦皮的真假!在国外,则要到1575 年才有人注意到愈疮木切片的水溶液会有蓝色的光,迟至1852 年斯托克斯才明确提出“荧光”一词。

磷光是另一种常见的冷光源,它是在人和动物的尸体腐烂后,体内的磷化物分解还原成液体磷化氢,遇到氧气便自然发光。我国古代争战连年不断,生灵涂炭“白骨露于野,千里无鸡鸣。”所以磷光现象在古书中多有记载,说它“遥望炯炯若燃也。”“着人体便有光,拂拭便分散无数愈甚。有细咤声如炒豆,唯静住良久乃灭。”宋代《湘山野录》还记了这样的事:有人给皇上献了幅画,画面上是头牛,但白天观画和夜晚观画所见迥异:“白天啮草栏外,夜则归卧栏中”。皇上以示群臣,众臣啧啧称奇,但说不出其中的原委。此时,僧人赞宁奏曰:南方海滩上可觅拾到内藏了珍珠的大蛤,蛤壳里有“余泪数滴者,得之和色染物,则昼隐而夜显。”原来是画家用普通的颜料画了栏外的牛,再用含荧光物质的颜料画栏内的牛,所以显示出这种奇特的效果。又如南宋周辉在《清波杂志》也记载了一个类似的故事:画家元晖精于临摹。一次他从某人处借来一幅画,元晖临了一幅还给藏主,把原件留了下来。几天后,藏主来讨还真迹。说原画牛的眼睛中有一个牧童的影子,还件却没有此影,可见是件赝品。看来这牛眼中的牧童影也是利用掺有荧光物质的颜料画成的,一到暗处就会显示出来了。这种画古代称为“术画”。一般都私相传授,鲜为人知。英国人约翰·坎顿在1768 年发明用煅牡蛎壳和琉璜粉的混合物来做作画颜料,但比我国要迟了近1500 年!

 
     
 
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