第14章 定格杀人犯
大声不代表什么。通常呢,只下一颗蛋的母鸡会“咯咯咯”
地叫得好像她下出了一颗小行星。
——马克·吐温(Mark Twain),《赤道漫游记》(Following TheEquator ),1897
微风、蟋蟀、熔岩、消化作用、绕行旋转的月亮、蜂鸟、飞沙——在人们熟知的时间框架中所展现的运动,我们大概都已经探讨过了。甚至,我们看得到的东西,是在打造出“科学”一词之前便已察知的事物。但打从古希腊人起,早在定格摄影年代之前很久,观察家们便已经开始越来越着迷于超快速之物。就像蜂鸟的翅膀一分钟拍打1250下,这类事情与其说是神秘,不如说是快到不可见的程度。
人们是借着遗留的事物而得知有这些事件。说不定是一阵嗡鸣声,如蚊子拍打翅膀,或是一道模糊的影子,标识出某种快到看不见、引人好奇的动作外缘。 [1]这一未被察知的世界一开始便掳获人心,因为它牵涉到被许多文化推崇为人类和动物最渴望的特质——速度。在希腊人指认过的所有星座动物中,真的存在、速度最快的——相对于飞马这类神话动物——是大犬。根据传说,大犬座催动速度的腿,让它与那头号称世界最快动物的狐狸进行史诗级竞速赛时获胜。宙斯因那次胜利而把这只狗化为天上的不死之身(如果来一场真实的狐狗竞速,结果应该是势均力敌到得靠终点照相才能分出胜负——两者的速度纪录分别是每小时67.5千米和70.8千米)。 [2]模糊的腿和翅膀,以及其他快速穿梭的事物,引起了文艺复兴时代科学家的好奇心。一些科学家拼了命想研究这一不可见领域的速度。有的在眼前快速挥动手指,制造出简陋的“定格”频闪效果,还真能显现出飞行中的蜂鸟翅膀,即使蜂鸟翅膀一秒钟拍打20次。如果你在转动中的电扇前试着这么做,并改变你挥手的速率直到完全合拍,真的就能冻结模糊的影像,清楚看到一片片的扇叶。 [3]到了19世纪后期,更繁复的技术终于开始揭露自然界的高速之秘。时至今日,只剩一人仍因解开这类不可见运动之秘而为世人所知。他就是如今以埃德沃德·迈布里奇(Eadweard Muybridge,1830—1904)之名传世的那位才华洋溢的大胡子。
迈布里奇1878年快马奔驰的连续照片以重复回路的方式表现,是19世纪最出名的“动画”(movie,即moving picture的组合字)。将原先快到无法察知的动作“减速”,这组照片解决了长久以来关于马如何奔跑的争论。这是19世纪70年代令人心烦的话题之一,而不论在都市或乡村,这种当时随处可见的动物都是最显眼的风景。
以爱德华·马格里奇(Edward Muggeridge)之名在英格兰诞生,这位很古怪、不讨喜的知名人士,自从1855年、25岁那一年移民旧金山之后,就不断改名。他一开始说自己姓迈哥里奇(Muygridge),后来把名字改为埃德沃德,却在自己所有照片上署名“赫利俄斯”
(Helios,希腊神话泰坦诸神中的太阳神)。不仅如此,当他到了美国以南的国家拍摄照片时,坚称自己叫作爱德华多·圣地亚哥〔Eduardo Santiago,不过,他的墓碑上写的又是另一个名字,叫作埃德沃德·梅布里奇(Eadweard Maybridge),所以即使到了今天,我们还是不知道该用哪一个名字称呼他〕。
他一开始从事的工作是书籍贩卖和代理英国一家出版公司,当时旧金山有几十家书店,摄影工作室差不多也有几十家。他的生命在1860年夏天有了变化,当时他原本打算取道南方、跨越大陆前往纽约,展开一场返英之旅。然而,这趟旅程在德州画下惨烈的句点。
迈布里奇在一场撞得粉碎的驿马车中重伤了头部,同车有一人死亡,其他人也伤势严重。他花了三个月在阿肯色州接受治疗,醒来后对自己的前半生毫无记忆:他的记忆在这一刻全新开始。
接下来这一整年,他都在纽约继续治疗模糊的视力。他的味觉和嗅觉也受到永久性损伤,并表现出古怪、情绪化且异常的行为。有些传记作家因而声称,他的大脑额叶皮质层明显受损,其实是让他从压抑中解放出来,为运动相关摄影的突破做准备,最后使他声名大噪。
他最后终于继续他的英国之旅,在那儿接受进一步的治疗。迈布里奇在英国研究最新的摄影技巧——并加以改良。他很快获得两项与照相有关的发明专利。
1867年,他重返旧金山时,不再是出版代理商、书商,而是拥有朋辈前所未见的尖端技术与艺术天分的专业摄影家。他很快就声名远播。
他的重大契机在1872年到来。当时,前加州州长、家财万贯的赛马主斯坦福(Leland Stanford,1824—1893)要求迈布里奇进行一项非常特殊的摄影研究。这关系到赛马圈一个争论不休的话题:马在小跑或疾驰时,四只脚到底有没有同时离地过?
没有人能单凭目视就分辨出来。当时的艺术家笔下的疾驰快马或是单脚着地,或是四蹄同时凌空——通常是两只前腿往前伸而两只后腿往后蹬。斯坦福想要一个斩钉截铁的答案。他拿出一笔可观的金额给迈布里奇,前提是他要能解决这项争论。
迈布里奇可不是傻瓜。1878年,他在赛道沿线边上布置了许多玻璃感光板相机,拍下一组连续照片。马通过赛道时踢到接上快门的线,就会依序一一启动相机。麦布里奇在相机后方挂上白板,为这些定格动作的短暂曝光期间提供最大反射光量。后来,他把这些剪影照片集中放在一个适合放在桌面的转盘上,观者透过一道细缝看着转盘,一次看一张照片。这东西让我们看到的是流畅动作的惊人幻觉。
迈布里奇将发明的这项装置称之为动物实态观察镜(zoopraxiscope)。
这东西不只清楚显露出奔马的步态,还风靡一时、蔚为时尚。
《科学人》杂志做了一篇报道,把迈布里奇说成是现代牛顿(这项装置在开创性方面的历史评价如此之高,以致在发明百周年纪念的2012年,Google还专为这个“动画”做了一个连续回放的GoogleDoodle)。
这段动画没多久有了个片名,叫作《运动中的马》〔The Horsein Motion ,或是另一个名称,《奔驰中的莎莉·加德纳》(SallieGardner at a Gallop )(莎莉·加德纳是那匹马的名字)〕。此片不仅是世界上第一部电影,而且此例一开,其他定格影像如潮水般涌现,打开了超快速物理事件隐藏、模糊的世界。动物实态观察镜正是爱迪生第一部商用观影机组——活动影像观赏机(kinetoscope)——的主要灵感来源。
至于马的步态争论,迈布里奇的连续照片不只显示出奔驰中的马会四足同时离地,而且此一完全凌空的时刻并非发生在马腿向前、向后伸展之时,如18、19世纪画师所描绘那般。马只有在它的四条腿全都收拢在其身体下方时才会完全凌空,也就是在它从前腿“拉”转成后腿“推”的过渡时刻。
有了这个,加上迈布里奇后来制作的高速连续照片,像是著名的野牛慢跑“动画”,他和我们的故事之间的关联大概就有了定论,只不过他在旧金山的生活变得越来越怪,让我们还没办法这么把他放下。
1872年,他以42岁之龄娶了一位名叫福洛拉·斯通(FloraShallcross Stone)的21岁离婚女子。三年之后,麦布里奇无意间看到他那位年轻妻子的一封信,寄件人是她的一位朋友,剧评家哈里·拉尔金少校(Major Harry Larkyns)。这封信使迈布里奇怀疑,拉尔金可能是他们七个月大的儿子弗罗拉多(Florado)的父亲(他的怀疑或许不全然无理;他并不知道,福洛拉寄了一张这男孩的照片给拉尔金,上面的题字是“小哈里”)。
1875年10月17日,迈布里奇踏上一趟六小时的旅程,从旧金山前往纳帕郡的小镇卡利斯托加(Calistoga),他是跟踪拉尔金来到此地。当迈布里奇面对着拉尔金,他仿佛演戏般说出:“晚安,少校。
我叫迈布里奇,这是你寄给我妻子那封信的回函。”
说完,迈布里奇开枪直射他的胸膛。拉尔金当晚过世,迈布里奇被捕下狱,并且被控以谋杀罪名。这件事在南边那座八卦城市天天上头条(指纳帕南方的旧金山),后续的审判也一样。
这场审判也是高潮迭起。前州长斯坦福帮忙出钱聘请顶尖辩护律师,律师提出抗辩,主张他的客户精神不正常,并找来迈布里奇的一些老友,宣称他的个性在十五年前驿马车车祸后就已经变得不稳定。
但这位摄影家给这个精神异常的抗辩扯了后腿,他坚称自己是深思熟虑之后才杀了他妻子的绯闻情人,而且真的是早就计划好了。
陪审团搞不清楚坐在被告席上的那个男人到底是什么状况,他时而放空,像帕金森氏症般出神,时而大吼大叫地情绪爆发。他是疯了还是没疯?反正到最后,他们驳回精神异常的抗辩,但认为他无罪,因为他们把拉尔金谋杀案看成是正当防卫杀人的案例。
获释后,迈布里奇搭船前往南美洲继续原先的拍摄计划。在他出国期间,他的妻子福洛拉想要办离婚,但她的请求被法官驳回。审判结束五个月后,她生病过世,享年24岁。他们的儿子弗罗拉多被迈布里奇送进一家孤儿院,此后迈布里奇几乎是不闻不问(从长大成人的弗罗拉多日后所拍的照片看起来,他酷似迈布里奇而非拉尔金)。这个男孩做了一辈子的牧场工人和园丁,70岁那年——1944年,他在沙加缅度被一辆车辗过致死。迈布里奇继续运用他所开发的新型快门设计让定格摄影尽善尽美,这种快门的速度达到前所未闻的千分之一秒。1894年,在制作超过10万组连续动作的照片后,这位多产的摄影家返回英格兰,写了两本畅销的摄影书,《运动中的动物》(Animals in Motion ,1899)和《运动中的人物》(Human Figurein Motion ,1901)。他死于74岁那年,当时他和表妹凯瑟琳·史密斯(Catherine Smith)住在一起。
迈布里奇为定格摄影和慢动作电影拍摄奠定了基础,并且很快便有其他人接棒跟进,直到不可见的高速世界能为人人所见。奥地利物理学家萨尔克(Peter Salcher,1848—1928)在1886年捕捉到一颗飞行中的子弹影像,而到了20世纪中叶,技术人员能够达到微秒(microsecond,即百万分之一秒)等级的快门速度,比迈布里奇快1000倍。仅百万分之三秒的快门速度所拍摄的影像,冻结了原子弹刚开始引爆那令人毛骨悚然的瞬间。
这种高速动作大多与我们在日常生活中共存。在以每秒16格放映的早期默片中,我们经常感觉到有闪光。但在每秒72格的现代电影里,我们看到的是稳定的光。 [4] 人类的“闪光融合阈值”
(flicker fusion threshold)一般认为是每秒闪20次。 [5] 如果你家阁楼还留着20世纪70年代那些迷幻派对的频闪灯,你可以自己实验看看。把频率设在20,接着是25,然后是30,看看一闪一闪的光什么时候好似被掉包成了稳定的照明。
有些人说他们可以感觉到恼人的日光灯泡在闪,不过这个闪的动作一定是以通常的闪光融合阈值3倍的频率在进行。发觉光在闪的这种能力经常是因人而异。不同动物对快速动作的反应也各有差异。我们去拍苍蝇,但苍蝇蹦开了。苍蝇面对倏然出现的拍子,小小的脑袋计算着威胁所在的位置、定下脱逃计划,然后把脚摆在最佳位置,往相反方向蹦——全部动作在十分之一秒内完成,正好和眨一次眼所需时间一样长。
苍蝇这套战术动作智胜某些快动作动物一筹,比如说猫,它们抓苍蝇就没法百发百中。但猴子可以。猴子仿佛活在更快速的时间里,看似不费吹灰之力就抓到苍蝇。鸡啄起地上的苍蝇也稀松平常得很。
这些事件和过程在我们身边不断发生。在动物王国里,最快速的自然动作是惊吓反射。这类快如闪电的防御性反应往往与逃避突发性威胁的本能有关。这类反应是借助神经电机制来运作,而这些机制完全跳过大脑程序与自主控制。由于所涉及的回路比较短,惊吓反射的经过时间也比自主动作短得多。以人类来说,这类反射动作可以在令人印象深刻的三十分之一秒内完成。鼠类可以反应得更快,经过测量,它们反应速度快到千分之一秒。
即便是非急迫性状况下的动作,也可以真的是像一眨眼那么快。
某些蚁类的大颚仅用十七分之一秒就能把猎物围住,并以时速128千米向里夹。土拨鼠,大部分的人都不觉得它轻快活泼吧,但在地底下,只要鼻部附肢一接触到可能的食物来源,它马上有反应。它在七分之一秒内就会出击,大约是叫“爸爸”叫到第二个“爸”所需时间。
近来在弄蝶科所观察到的,算得上是自然界历来最快的日常反应速度。弄蝶突然遇到亮光时,会以六十分之一秒的惊吓反射速度加以反应。谁想象得到蝴蝶会名列地球上反应最快的物种?
非生物性过程往往进行得比动物和人类身上的过程更快——而且是快上许多。有些化学反应的发生比眨眼还快上千万倍,不过也有些反应,像是铁氧化(生锈),会花上好几年才显现出来。 [6] 那速度最快的是什么?倒也不是什么稀奇少见的:就是氧和氢结合产生水。
质子占据新位置的时间是以微微秒(picosecond,也译作皮秒)——也就是兆分之一秒——来计算。
怪的是:为什么水是液体?水主要由宇宙中最小、最轻的原子所组成,这么小、这么轻如鸿毛的分子,在室温下应当是气体才对。其他像水这种大小的分子都是气体。像甲烷(CH4)和恶臭的硫化氢(H2S)这类化合物,在质量和大小上与水近似,但它们在地球上各种自然条件下,即使在南极,都是气体。甲烷在零下162摄氏度就从液体沸腾为气体,几乎比水的沸点低了近262摄氏度。如果水的行为“正常”一点,我们的血管会充满蒸气,地球上就没有生命了。
水之所以会有这种古怪的液态性质,是因为几何的关系:氢原子和氧原子联结时,形成略大于直角的奇特折角。这让水分子带了一点极性和电荷,使其与别的水分子产生微弱联结。要打破氢键、解放水分子成为气体,就得耗费更多的动能(热)。近来的研究显示,这种氢键结所涉及的分子一次不超过三个,发生在大约兆分之一秒内。在这一微微秒内,暂时变大的三元结构使得水分子就其行为表现看来,仿佛比它实际上要大许多。因此,水在室温下的行为像液体,即便那些脆弱的三人组每十亿分之一秒就会聚散好几百次。
没有这些瞬息万变的超快联结,我们没办法笑到掉眼泪——或是流口水、流血、拥有大脑。
微微秒等级的活动超乎我们的想象。这种时间量级得举个例子才能勉强揣摩。好,光速行进的光子一秒可以绕地球八圈半,但这样一微微秒的光子,也就是兆分之一秒,只能前进两根人发宽度的距离。
那一兆秒呢?那可是三万二千年。从我们第一次具有生火的能力至今,也还不到一兆秒呢。一兆真的很大,一兆分之一则是难以想象的小。
就算只是要设想一下一奈秒,也就是微不足道的十亿分之一秒,都会耗尽我们的心力,虽然十亿这个字眼在今日科技中已经变得稀松平常。举例来说,现在当我们使用测距装置时,习以为常地利用那些发生于一奈秒内的事件。随便一家工具店都买得到的新型激光测量工具把脉冲光射到房间另一头,内建的亮度计感测到针尖大小的光线从另一边的墙壁反射回来,并计算出光来回跑一趟所花的时间。光的反射每延迟一奈秒,换算相当于30厘米的距离。接着把装置对准邻接墙壁,就会计算出房间的面积。这样你就知道要买多少油漆或多大的地毯。现在你可以把老式的卷尺扔了。
当然,并非所有化学或物理反应都那么快。物质的反应速度取决于物质的浓度,无论是气体、液体或固体;还有物质的温度,有时甚至是房间亮度这种奇怪的因素。亮度?那是因为光是能量,可以帮反应中的粒子再加一把劲,推动它们由慢而快到越过临界点。化学家很喜欢拿普通的天然气和氯混合来证明这一点。如果是在黑漆漆的房间里,几乎完全不会发生反应,动都不动一下。在昏暗的光线下,反应大幅加速。但要是在阳光直射下做,你会引起一场爆炸,光瞬间引发反应。
但对运动影响最大的是温度。增加热量,物体速度就会加快。其实,“热”只是我们用来表示原子运动的用词,如此而已。这样就说得通了,东西越热,其反应进行得也越快,因为此时分子间的电子键结被打破,出现电子激发现象,原子间有更多的接触。
室温气体分子通常跑得大概比声速快一点点。你家冰箱里的气体分子每小时则慢了80千米。原子要移动得多快才会开始氧化或燃烧过程,因物质而异。白磷在比体温低的温度就会点燃,直接拿在手上很危险。
常见的可燃物通常需要至少204摄氏度,才能使其中的氢在空气中也在可燃物自身之中与氧化合。
大部分的氧化反应之所以危险,在其为放热反应。也就是说,这些反应会产生热。
因此,我们身边有很多随时准备要燃烧和助燃的物质,唯有其原子的日常低速才能让它们安分守己。但若其原子在某种外来触媒的促进下而加快速度,那就有好戏看了。一旦发动,这些反应所提供的热足以让反应自我延续。简单的一根火柴是最常见的触媒,能制造出这种脱缰野马般的反应,就像创造科学怪人一样。
人们对廉价、便于携带之点火装置的追求,在18世纪开花结果,并在19世纪获致具有实用价值的成就。在那之前,人们随身携带小块打火石或其他基本上借由摩擦制造火花的东西,要不然就是利用凸透镜或凹面镜,把阳光聚焦在可燃物上。到了18世纪,出得起钱的人带着添加化学成分的棒子,把这种棒子插入硫酸罐里,制造出猛烈、危险的点火反应。但在19世纪中叶,白磷的低燃点已经是人尽皆知且势不可挡,随便一家商店都可以买到“摩擦火柴”(lucifer match)。
[7] 摩擦火柴变得这么稀松平常,连马克·吐温的书里都经常提到,成为耳熟能详的文化象征,一如当代文学中的智能手机。
但白磷是危险的化合物,导致了许多中毒意外,也成为最常采用的自杀手法。到了20世纪初,赤磷大致取代了白磷,许多国家也全面禁止了白磷。过没多久,市面上的火柴就分成两种,现今依然如此。
随处划型的火柴棒头裹着一层成分完整的三硫化四磷和氯酸钾可燃混合物,拿火柴快速刮过任何粗糙表面,标准速度是每秒1.8米(每小时
6.4千米),所产生的摩擦力足以让火柴棒头升温超过其自燃点163摄氏度——轻而易举。
有时过于轻而易举了。飞机或船上一向不准使用火柴。另一种选择是安全火柴,这种火柴需要拿火柴棒头去碰触火柴盒的刮擦面,火柴棒头约有50%为氯酸钾,这东西出了名的容易爆炸起火而产生氧气,刮擦面含有一点点赤磷和玻璃粉,或是其他类型的粗化剂。火柴棒头也含有一些三硫化二锑,这是一种安全成分,因为它需要靠其他成分的燃烧热来点燃。这套“巫婆配方”所需的摩擦温度较高,大约232摄氏度。
一旦点燃,火柴的火温很快达到600摄氏度至800摄氏度之间,火焰最上面的部分最热。其分子运动如此快速,轻易就能煽动其他物质的分子,而这些分子没多久便达到能启动自身燃烧反应的速度。科学怪人活过来了。启动自我延续的“燃烧”事件所需的速度因物质而异。
火——重要到够格成为亚里士多德的四大元素之一——是以数种方式同步进行的运动展示。火舌舔舐空气,以千种诱人风格翩翩起舞,而看不到的编舞设计同样令人着迷。
纸很容易“点着”。纸的燃点温度为人熟知,还成了1953年布莱伯利(Ray Bradbury,1920—2012)小说《华氏451度》的书名灵感,小说中的“灭火队”四处烧书。纸容易着火,但实际上,种类不同、厚薄不同的纸燃点各异,从华氏424度(218摄氏度)至华氏475度(246摄氏度)不等。真实的科学往往不如虚构世界中的科学那般简洁明确(2012年过世的布莱伯利当然清楚这一点。他也很清楚,《华氏424度至华氏475度之间的某个温度》这种书名没那么好记)。
煤烧得心不甘情不愿,燃点是非常高的450摄氏度。煤油就很急着要先走一步——229摄氏度。汽油在257摄氏度点燃、酒精是365摄氏度,而氢是400摄氏度。但其间存在一些微小的差异,尤其是可燃液体。喷雾状的家庭暖气用油烧起来火光明亮,但如果漏到地下室成了0.6米深的油池,即使把一根点燃的火柴丢进去,也不太可能烧得起来。同样地,你可以把料理用喷雾油对着烛火喷,马上“轰”的一声变成明亮的焰火。但食用油要不是喷成雾状、使其周遭都是所需的氧气,即使加热到340摄氏度的自燃点也烧不起来。这个温度略高于烤箱一般所达温度,这就是为什么你在查看起司烤茄子的时候,不会因为油烧得火光冲天给吓得半死。
奇怪的是,低温分子有时会自己动得越来越快,等到你发现时,你的房子已经烧成白地,而且不需要有火花或火焰。当燃点很低的某物,比如碎布、稻草,甚至是面粉,持续接触水气和空气,就会出现这种自燃现象。这些物质提供氧,让促进发酵的细菌得以滋长。接下来会产生热,身边有堆肥或腐烂干草堆的人都能证实这一点。如果热散不掉(比方说,油布被塞在桶里或埋在干草堆里,这本身就是一种很好的隔热装置),温度上升,最后超过燃点。结果是一场热的脱缰狂奔。
生火物质的分子只需要非常少的刺激,速度便会爆发性加快。这些分子上紧了发条,急着要冲出去。在室温或低于室温时,一下子就烧起来。钠是一个众所周知的例子。在日常生活中,几乎每个地方都高于钠的自燃温度,而钠接触到水甚至是湿气,就会产生剧烈反应。
有很多谷仓火灾找不到引发爆炸的火花,看似和玉米一样无害的东西,一旦湿气得以累积便会爆炸。开心果是自燃嫌疑最大的物质之一,你怎么想都想不到吧。
重点是,这全都是运动。热就是运动,原子的运动就是热。发烧时,你的主诉症状可能是体温达39摄氏度。但你不妨对医生这么说:
“我觉得很糟。我身体的分子此刻的运动时速比正常快了4.8千米。”
然后他会拿一些阿司匹林给你,并且说道:“拿去,这会让它们慢下来。”
你也可以通过物质加热时的颜色,对原子的速度和温度有粗略的概念。这十分简单。把铁、铜和钨放进灯泡里——当不可燃物体开始发光,光的颜色就是物体温度的精准指针。
光色转译为温度
若某物质发出在黑暗中勉强看得见的暗红光,为400摄氏度。
在柔和光线下看得出来热到发红,即474摄氏度。
如果能在白天看见这个红光,那是524摄氏度。
若在日光直射下看得出来是红色,为580摄氏度。
若是樱桃红,约为900摄氏度。
橘色表示1100摄氏度。
黄色意即约1300摄氏度。
白色表示温度约为1500摄氏度以上。
一旦达到白色,你很可能已经超过物体的熔点。不管怎么样,白色就是终点。理论上,更热的话,物质会发蓝光——就好像蓝色恒星是宇宙中最热的——但到那时,地球上所有物质如果不是沸腾为气体,就是已经熔化。 [8] 找出一种白热时仍保持固态的物质,这便是爱迪生拼命改良其电灯时令他头痛不已的难题。最后他找到了钨,这个熔点第二高的元素,一直到非同小可的3410摄氏度还维持固态。这一点非常重要:一根细细的灯丝必须好几个小时甚至是好几天都维持在高得惊人的2482摄氏度左右,这大概是熔钢的2倍热(碳的熔点略高一些,但是太容易碎裂,拿来当灯丝并不实用)。白热灯泡的热度高到令人难以置信,终将证明是导致其垮台的主要原因:白热灯泡现正被LED灯和荧光灯取代或是全面遭到禁用。人们抱怨的是,白热灯泡把大部分的电用来制造热,而非产生光。
铝仅在660摄氏度时便熔化。铜需要1080摄氏度,金需要1063摄氏度。与在约1371摄氏度熔化的普通钢不同的是,这些金属在低于白光温的温度就变成液体。这就是为什么你绝不会看到白热铝块,正如你绝对看不到红热的固态锡或铅块,它们在能发出任何光之前就熔化了。
说到这些金属原子的速度,固体的主要运动是一种环绕其平衡位置、振幅很小的振动。随着温度上升,这些振动变得越来越大、越来越狂暴,直到熔点放它们自由。但只有气体原子能突破声障。
迈布里奇所不知道的是,真正主宰我们生活每个方面的超快速节奏并非罕见的现象,这些节奏也绝不可能被他或其他任何人的摄影机捕捉到,不论当时,还是现在。
这些惊人的发现开始于19世纪末,当时的物理学家开始发现一些奇怪的小尺度振动。最酷、最有用的例子,大概是居里兄弟(Jacquesand Pierre Curie,弟弟Pierre即居里夫人之夫)在1880年发现的压电效应(piezoelectric effect)。他们发现,许多种晶体(他们喜欢研究晶体)如果通上一些电,就会每秒自然振动数万次。反过来操作也成立。如果晶体因受挤压、扭折、撞击而振动,会短暂产生电。
这是一条双向道。
科技洪流从此而起。1921年至1927年间所出现的突破,主要是在贝尔实验室,其结果就是创造出依石英振动为凭据的超精准时钟。真空管及其他体积庞大的组件使得初期的计时装置只能摆在实验室里,而这些装置代表国家标准局(今天的国家标准与技术研究院),让美国标准时间维持在新的精确水平达30年之久,直到原子钟在1960年代诞生。
便宜的半导体科技让制造商能在1969年大量生产刚问世不久的石英表,这种表取代了机械弹簧表,人人因而拥有一台每月误差不超过一秒的个人定时器。你手表里的石英晶体被设计成一秒自然振动32,768次。这是2的次方数(2自乘15次),便于让数字电路轻易转换为整秒。
现在每个家庭都有脉冲晶体。举个例子,你可能有一台难用到让人恼火的烤肉点火器。拉扳机撞击晶体,借助压电效应制造短暂的高电压,因而产生瞬间火花,根本不需要电池。的确如此,瓦斯炉需要运用振荡晶体制造火花来点燃瓦斯。每当你开瓦斯炉时,如果听到反复出现的“啪啪”声,就是前面说的那种状况。
每秒振动32000次,听起来好像很快。但事实证明,会波动起伏的不只有晶体。一点也没错,所有东西都会振动。组成我们周遭各种物质的分子表现出复杂的原子谐振。
我们可能会以为,像水这类简单的常见化合物,由两个氢原子与一个氧原子借助电子键结而组成,具有刚性结构。其实不然。这些原子稍微延伸远离其他原子,然后突然回弹,好似橡皮筋一般。在此同时,这些原子扭转,然后恢复原状,还像节拍器一样前后摇晃。这些反复进行的原子运动——扭转、延伸、摇晃、弯折和摆动——各自有其精准周期,介于每秒一兆次到一百兆次之谱。你可能认为这种晃动会减缓乃至停止,但它永不停止。
同样地,光本身是由磁和电的波组成,其脉动率视颜色而定。举例来说,绿光的光波每秒脉动550兆次。这些振动不只是规律得超乎寻常而已,所产生的后果也很厉害。
举个例子,一辆停放在阳光下的汽车会变热,是因为车内远红外波的脉动率碰巧与汽车玻璃的原子振动率吻合。这产生一种混沌不明的边界,阻止热像光那样透窗逃逸。相反,光进得来,但光所产生的热出不去,这使得你进车内时会感到非常不舒适。曾有人因为把宠物、小孩留在像这样停放的车内而被捕。起诉罪名大概不会巨细靡遗地载明嫌犯“无视于超快速振动的致命危险性”,但总而言之就是那么回事。
再举另一个例子,铬被用来装饰摩托车,使汽车外露的金属部件看起来如此闪亮。之所以会这样,是因为铬元素的外层电子吸收了撞击它们的光子,再放射出去。但光跑不了太远。该金属的内层电子被牢牢固定在轨道上,以致弹性太小而无法振动并发出光。最后的结果是,阳光击中铬和其他大多数金属时,既未被完全吸收,也没有穿透。既不透明,也不黯淡,而是另一种模样:反光。
所以,我们周遭不是只有赋动现象而已。自然界并非一味热衷于那些难以计数、造成强烈日常经验的脉动。自然界也把秒——或是毫秒、整秒、分、年、世纪、千年,你说得出来的都行——分割到极小,以之为其时间尺度,不断地自我反复而不倦怠。我们的自然界是个在多重层次上闪亮、振动的宇宙。这些彼此交互作用的模式,影响了万物——尽管我们对这一切都浑然不觉。
[1] 蜂鸟的双面性——你一下看见,一下又没看见——加上赏心悦目的色彩,使得某些古代文明为之着迷。阿兹特克神祇维齐洛波奇特利(Huitzilopochtli,意即“左边的蜂鸟”)通常被画成一只蜂鸟,蜂鸟轮廓也出现在著名的秘鲁纳兹卡线之中。
[2] 希腊人借搬弄他们的神话图卡,为生物创造出想象中的可能运动方式。比方说,人首马身所产生的组合,以某种方式发挥各自的优点。我最喜欢的这类混种生物是伍迪·艾伦所想象出来的,这种生物有狮子的头,还有狮子的身体——来自不同的狮子。
[3] 哥伦比亚大学天文物理系前系主任赫尔方(David Helfand)告诉我,他曾运用挥动手指的技巧“冻结”蟹状星云中心著名的脉冲星并进行观察。该星每秒明暗闪烁30次,远远超过一个人的知觉能力,只能被当成稳定光源。但赫尔方借助在望远镜目镜前快速摆荡他的手——做出像扇叶那样的运动——而使之闪烁。低科技,但有效。
[4] 现代电影会把同一格影像做成三个排成一排,中间夹着一闪而过的黑画面,接着是下一格的三个影像,依此类推,每秒总共有七十二幅影像加上七十二段一闪而过的黑画面——其实每秒呈现出来的只有二十四格不同影像。采用这种作法之后,没人抱怨看到任何闪光了。
[5] 闪烁速率高于这个值的间歇性闪光看起来就像稳定的光。——译者注
[6] 铁生锈是个悠闲的过程,因为这需要快速运动的原子来撞击。在日常的真实生活处境中,铁原子的平均速度太过从容不迫,无法与氧进行反应。但不管是在什么时刻,总会有一些原子移动得比全体平均快,就是这些原子持续制造出氧化反应。
[7] lucifer(路西法)在基督教圣经中原意为明亮晨星,隐喻因骄傲而堕落的巴比伦王,后来成为魔王撒旦的别名。——译者注
[8] 如果持续加温的金属发出红光,然后是橘光、黄光和白光,而如果该物质没有先沸腾为气体的话,下一个色光会是蓝色,那绿光怎么了?除了绿光之外,彩虹所有色彩都有所表现。为什么?这个答案也可以解释为什么没有绿色恒星:当绿光放射到最大,在人眼看来是白色。那是因为在那一刻还有大量的红、蓝光混在其中,而每当这三原色同时射中我们,我们的视网膜感觉到的是白色。在这些情况下,白色就是我们的绿色。
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