光的指纹:丁达尔与那束看得见的光

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创作声明:本文为虚构创作,请勿与现实关联

第一章 爱尔兰的晨雾与未解之谜​
1868 年深秋的伦敦,皇家科学院的实验室里弥漫着碘蒸气与酒精混合的刺鼻气味。约翰・丁达尔将黄铜支架上的玻璃管倾斜 45 度,阳光透过顶楼天窗恰好射入管中,却只在墙面投下一片模糊的光斑。这位 48 岁的物理学家皱起眉头,指尖无意识地摩挲着管壁 —— 三天来,他始终无法重现前辈法拉第观察到的 "光的异常传播" 现象。​
口袋里的怀表突然发出清脆的滴答声,提醒他该去参加每周一次的皇家学会例会。丁达尔披上厚重的羊毛大衣,推开实验室的木门。清晨的雾气尚未散尽,海德公园的树梢间漏下缕缕阳光,竟在地面投下一道道金灿灿的光柱,仿佛天神遗落的丝带。他驻足凝视,那些光束随着微风轻轻晃动,微小的尘埃在光中跳着杂乱的舞蹈。​
"丁达尔教授!" 身后传来急促的脚步声,助手布朗举着一个玻璃罐追了上来,"您要的氢氧化铁溶液准备好了。"​
丁达尔的目光突然被玻璃罐吸引。罐中红褐色的液体看似透明,可当它穿过那道晨雾中的阳光时,罐身侧面竟浮现出一圈微弱的光晕。"停下!" 他抓住布朗的手腕,将玻璃罐转向不同角度,"你看,光线穿过它时发生了变化。"​
布朗愣了愣:"这只是普通的溶液浑浊吧?就像泥水透过阳光会发亮。"​
"不,完全不同。" 丁达尔的指尖在罐壁上滑动,"泥水的颗粒会反射光线,而这光晕... 更像是光线被无数微小的镜子散射开来。" 他突然想起少年时在爱尔兰卡洛郡的经历:清晨穿越沼泽地时,阳光穿过浓雾形成的光柱比此刻更加清晰,那时他以为是神迹,直到成为法拉第的学生后才知道,这或许与光的传播规律有关。​
例会的议题是关于太阳光谱的新发现,但丁达尔全程心不在焉。他眼前反复浮现着晨雾中的光柱与玻璃罐上的光晕,两个看似无关的现象如同两块拼图,在他脑海中逐渐靠近。散会后,他径直赶往法拉第的实验室。这位 77 岁的老科学家正对着一堆实验记录咳嗽,见到弟子进来,指了指桌上的笔记:"你要的胶体研究资料都在这,当年我没能解决的问题,或许该由你来完成。"​
泛黄的笔记上,法拉第用娟秀的字迹记录着 1850 年的实验:将鸡蛋清溶于水后,用太阳光照射,会在侧面观察到微弱的光带。"我猜测这是粒子对光的作用," 法拉第的批注墨迹已淡,"但无法测量这些粒子的大小,也不知为何溶液没有类似现象。"​
丁达尔彻夜未眠。他将鸡蛋清溶液、肥皂水、泥水分别装入玻璃管,在暗室中用弧光灯照射。当光线穿过鸡蛋清溶液时,一道清晰的乳白色光柱突然在管中显现,宛如凝固的月光。他屏住呼吸,调整光源角度,光柱始终保持稳定;而当光线穿过普通盐水时,管中依旧一片透明,只有在正对光源的方向才能看到光斑。​
"原来如此。" 丁达尔在笔记本上画出草图,标注出关键发现:只有当液体中存在某种特殊粒子时,才会产生这种光的散射现象。窗外泛起鱼肚白时,他已经设计出一套全新的实验方案 —— 他要找出这些粒子的真面目。​
第二章 实验室里的光之路径​
接下来的三个月,丁达尔的实验室变成了光的游乐场。他用本生灯加热各种矿物,将其溶解在不同溶剂中,再用自制的分光光度计检测散射光的强度。助手布朗每天要清洗数十个玻璃管,指尖常常被化学试剂灼伤,但每当看到那些变幻的光柱,所有疲惫都烟消云散。​
1869 年 2 月的一个雪夜,突破性的发现悄然降临。丁达尔将少量三氯化铁溶液滴入沸水中,红褐色的液体逐渐变得透明。当弧光灯的光束穿过溶液时,一道异常明亮的光柱骤然出现,甚至能清晰看到其中闪烁的微粒。"布朗,快拿显微镜来!" 他激动地喊道。​
显微镜下,那些红褐色的微粒在液体中做着无规则运动,直径大约在几十纳米左右。丁达尔突然想起之前研究温室效应时的发现:大气中的微小颗粒会散射太阳光,导致天空呈现蓝色。"这些粒子的大小,正好与可见光的波长相当!" 他恍然大悟,在笔记本上写下:当粒子直径介于 1-100 纳米之间时,会对光产生强烈散射,形成可见光路。​
为了验证这个猜想,他将不同大小的硫磺颗粒分别加入水中。当颗粒直径超过 100 纳米时,液体变得浑浊,光线被反射而非散射;当颗粒直径小于 1 纳米时,溶液依旧透明,散射光微弱到无法察觉。只有当颗粒大小处于胶体范围时,神奇的光柱才会出现。​
"我们需要给这种现象起个名字。" 布朗在整理实验记录时提议。当时欧洲科学界习惯用发现者的名字命名新现象,丁达尔却摇了摇头:"这只是对自然规律的揭示,不如先称之为 ' 光的散射效应 '。" 但在后来的论文发表时,皇家学会的编辑还是在标题中加入了 "丁达尔效应",这个名字从此传遍世界。​
3 月的伦敦学术会议上,丁达尔展示了他的实验。当他用激光笔同时照射氢氧化铁胶体和硫酸铜溶液时,前者出现的明亮光柱让全场观众发出惊叹。一位来自法国的化学家质疑道:"这或许只是某种光学错觉,如何证明这是粒子散射造成的?"​
丁达尔早有准备。他将实验装置置于真空罩中,抽去空气后,光柱立刻消失;再缓慢通入含有微小尘埃的空气,光柱又重新显现。"您看," 他指向真空罩,"没有粒子,光就无法显现形状。就像自然界的雾霭,正是那些微小的水滴让阳光有了轮廓。"​
会议结束后,法拉第特意找到丁达尔,拍着他的肩膀说:"你解决了我困惑二十年的问题。这种现象不仅能区分胶体与溶液,更揭示了光与物质相互作用的本质。" 老科学家的赞许让丁达尔备受鼓舞,他开始系统研究不同分散系的光学性质,甚至设计出专门检测胶体粒子浓度的仪器。​
此时的丁达尔不会想到,他的发现正在遥远的中国云南酝酿着一场惊喜。在勐库镇的冰岛村,茶农们世代观察着山间的 "神光"—— 清晨的阳光穿过茶园的薄雾,形成金色的光路。他们认为这是神灵对丰收的祝福,却不知这正是丁达尔效应在自然界的生动演绎。而在福州的寺庙里,僧人看到台风过后天空出现的 "耶稣光",也将其视为祥瑞之兆,这些景象都在等待着科学的解释。​

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