摄影术
摄影是一项绝妙的技术——一种驾驭光线记录画面的方法,捕捉时光的一个瞬间,永久性地保存下来。一张节日照片哪怕在几十年之后,还能激起生动的回忆,它记录世界时的忠实可靠是记忆永不可能企及的。然而,除了醉醺醺的派对照片、家人肖像或者激动人心的景观照,在过去两百多年里,摄影术不可比拟的价值体现在为人们呈现肉眼看不到的事物之上。对于科学的好几个领域来说,摄影都是关键的先决性技术,而在加速重启时也将起到至关重要的作用。摄影使研究者能记录下非常微弱或者因为太快或太慢而无法被我们感知的事件和过程,或者在我们看不到的电磁波段上记录。比如说,可以通过延时曝光,在人眼无法做到的长时间内捕捉微弱光线,方便天文学家研究大量暗淡星体,通过细节确定模糊的光斑到底是星系还是星云。[3] 摄影感光剂也对X光敏感,因此你可以拍摄用于身体内部检查的医学图像。
摄影术背后的关键化学原理很简单:某些银的化合物在阳光下会变黑,因此可以用来记录黑白图像。技巧是制造一种能够均匀抹在薄片上的可溶银化合物。不过,把它转化为不可溶的盐的同时,还要保证它会附着在你的照相介质外表面上,不会被洗掉。
首先,在纸上涂一层溶解了一些盐的蛋清,并让它风干。把一些银溶解到硝酸里,硝酸会把银氧化成可溶的硝酸银[4] ,把这种溶液抹到你准备好的纸上。氯化钠会与之反应,生成氯化银,这种物质对光敏感,又是不可溶的,蛋清会阻止感光剂被纸纤维吸收。一枚银茶匙里含有的纯银,可以拍摄超过一千五百张照片。
光线照射到这张感光纸上时,其能量会解放颗粒中的电子,把氯化银还原成金属银。大块的银,比如打磨过的盘子,有着明亮的光泽,但是一片细小的金属晶体会发散光线,所以看起来是黑的。另一方面,感光纸没有暴露于光线中的部分仍然是白色的。曝光之后的重要步骤是停止这种光化学反应,以便固定住捕捉到的阴影。硫代硫酸钠是今天仍然被使用的定影剂,而且比较容易制备。将二氧化硫气体(参见此处 )通入苏打或者火碱溶液,然后加入硫磺粉末煮沸,干燥后得到的“海波”晶体,就是硫代硫酸钠。
用光密盒子里的镜头把图像投射到盒子后部的感光纸上,便制成了一台照相机,但是即便在明亮的阳光下,这种原始的银化学反应,也有可能要花上几个小时,才能拍摄出一张照片。幸运的是,你可以用显影剂大大增强照相机的灵敏度——通过化学处理,使部分曝光的颗粒完成转化,把它们彻底还原成金属银。硫酸亚铁是一种良好的显影剂,很容易通过把铁溶入硫酸而制得。当后末日社会的化学水平有所提高,你可以把氯替换为它同族的亲戚,如溴或者碘,它们制成的感光剂对光线敏感得多。
然而,接触光线才会让感光颗粒因为金属银而变黑,而影像中的阴影部分还保持白色,这就意味着,拍出的照片在色调上与我们眼中所见正好相反——你得到的是一张“负片”。没有什么快速的化学反应能够产生永久性的正片——没有本来是黑色而在阳光下又会很快褪色的物质——因此照相术受到了这种负片产品的拖累。如果把这种黑白颠倒的负片生成在照相机里的透明介质上,那么只需要在光敏纸上方用负片做一个蒙片,追加一次打印的步骤,这样明暗图形就会再次反转变成正常。意识到这一点,便是完成了一次必需的概念性突破。湿版棉胶法将火棉融入乙醚和乙醇的混合液中——这几种物质我们在本书中都已经介绍过——能制出一种像糖浆一般的透明液体。它非常适于和光化学物质一起涂到玻璃板上,然后在干燥成坚硬的防水膜之前曝光成像。如果你使用明胶(我们在“物资”一章介绍过的,从动物骨头中熬出来的胶质),就能制造出光敏性更强的干底片,曝光时间也可以更长。
作为一个奇妙的例子,照相术证明了将几种已经存在的技术结合起来,并使用比较容易制得的物质和材料,就能创造出新的应用。建造一个耐火土衬里的烧窑,把硅砂或石英溶解到熔化的纯碱当中,你就可以制造自己的玻璃了。取一团玻璃磨成凸透镜,另一块磨成矩形平板作为底片,再借用你的造纸技巧,就可以拍摄出平滑的照片。摄影术的化学原理用到的酸和溶剂,都是在本书中一再被提到的,你可以用来自银勺、粪堆和食盐的化学物质拍摄出原始的照片。事实上,假如你通过时空旋涡回到了16世纪初那几年,也会很容易采集到制造一部基本的照相机所需要的所有化学物质和光学零件,所以你应该向霍尔拜因(Hans Holbein)展示一下如何给亨利八世照相,而不是画油彩肖像。
将元素周期表填补完整、将炸药和摄影术用作再发现的工具,对于灾难后的文明复兴而言,都会是重要的活动。但是当社会已经复原并开始兴盛,对于我们在本书中探讨过的基本物质,社会的需求量将越来越大。为了满足这些需求,文明将必须发展出更加先进的工业化学方法。
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