俞葉
激烈的足球比賽中,一方隊員以一個極快的犯規(guī)動作導致另一方隊員跌倒在地,但即使眼觀六路的裁判也沒有看清,不知該如何裁斷,怎么辦,只要讓賽場上的快速攝影以慢鏡頭播放一下,就看清了。快馬有沒有四蹄騰空的時候?歷史上就有人就此打過賭,打賭者也是找攝影大師設(shè)計了一種快速拍照裝置而捕捉到快馬凌空的英姿。
出于科技發(fā)展的需要,很多瞬息變換的過程需要研究,但每秒拍攝幾千次的高速攝影機已經(jīng)無能為力了。例如化學中的分子碰撞反應的過程:分子相互靠近,靠近到一定程度,兩個分子快速“牽手”形成中間狀態(tài)的產(chǎn)物,這中間狀態(tài)的產(chǎn)物極不穩(wěn)定,它有兩種選擇,一是兩個分子從“牽手”到“擁抱”,形成穩(wěn)定的產(chǎn)物;二是兩個分子也會從“牽手”到“拜拜”,沒有組成穩(wěn)定的“家庭”。這中間狀態(tài)的產(chǎn)物到底是怎么個狀態(tài)?要給它拍個照可是難了!它只在這個世上存在不到萬億分之一秒!在這么短的時間里,宇宙中最快的光也只是走過0.3毫米的距離!可見,攝影機無論做到如何高速,都來不及把中間產(chǎn)物的倩影留下來。
那么我們是不是就無緣見中間產(chǎn)物一面了?科學家真是有辦法,他們想到,既然光速是宇宙中最快的,那就讓光見證中間產(chǎn)物極短暫的一生吧。
辦法是這樣的:現(xiàn)在激光器可以發(fā)射持續(xù)時間僅10-15秒的激光束。讓兩束激光一先一后射向反應物,先到達的激光激發(fā)分子反應,既然中間產(chǎn)物的存在時間只有10-12秒,那就讓另一束激光推遲10-13秒到達,就可以照射到中間產(chǎn)物了。
那么如何控制第二束激光的到達時間呢?科學家想了個巧妙的辦法,讓第二束激光多走一點路就可以了,例如平面玻璃鏡有兩個表面,射過來的一束激光就可以在兩個表面上反射回去,從而分成兩束激光,其中一束激光由于多走了兩個玻璃厚度那么遠的距離,就會稍滯后一些。只是這平面玻璃鏡的玻璃需要做得很薄,大約50微米厚。
當?shù)诙す庹丈涞街虚g產(chǎn)物,產(chǎn)生獨特的光譜,又該怎么辦呢?這么短暫的如何捕捉呢,我們只需要守株待兔就可以了,在反應物的周圍布上感光膠片,只要這光譜一閃現(xiàn),就會在感光膠片上留下中間產(chǎn)物的光譜影像,也就相當于留下了一張靚照。我們還可以調(diào)節(jié)鏡子的厚度,改變第二束激光到達的時間,從而可以拍下中間產(chǎn)物從生成到消失的不同時期的面貌,充分展現(xiàn)出中間產(chǎn)物的一生是如何變化和度過的了。
當然這種極速攝影術(shù)不僅僅用在窺視化學反應的中間產(chǎn)物上,它還可以給我們展現(xiàn)許許多多發(fā)生在萬億分之一秒里的神奇事物。