我的很多舅舅姨妈还有表兄弟姐妹,就像档案或参考书阅览室,我可以向他们请教不同的特殊问题:伦恩姨妈,我的植物老师,她在巴拉德菲尔德那严酷的日子里扮演了救命稻草的角色;戴维舅舅,我的化学和矿物学老师;还有亚伯舅舅,我的物理学老师,他让我开始认识光谱学。起初我很少向亚伯舅舅咨询,因为他较年长,比戴维舅舅大6岁,比我母亲大15岁。他被看做是他18个兄弟姐妹里最聪明的一个。他智力超群。尽管他的知识是慢慢积累的,没有经过任何正式学习。像戴维舅舅一样,他从小就对自然科学有一种喜爱;也像戴维舅舅一样,他年轻时就去了南非研究地质。
关于X光、放射线、电子和量子力学这些伟大发现都出现在他成长的时期,后来这些一直都是他关注的焦点。他对天文学和数字理论也有强烈的兴趣。而且他也能把聪明的头脑商业化。他是制造健康食品马麦脱的功臣。马麦脱是在20世纪初期制成的富含维生素的酵母提取物(我母亲喜欢它,我却很讨厌它),风行一时。而且,在第二次世界大战期间肥皂供应紧缺时,他发明了一种好用的无油脂肥皂。
尽管亚伯和戴维在某些方面相似(他们都有宽宽的脸、一双大眼睛、充满磁性的声音--这些都是兰道家的标签),却也有极大不同。戴维很高很壮,有军人的姿态(他曾在第一次世界大战和南非的布尔战争中服过役),总是很注重穿着。他会穿硬翻领衣服和擦得很亮的鞋,即使在实验室长椅上工作的时候也不例外。亚伯比较瘦小,有点驼背,不修边幅(在我认识他的那几年),他皮肤黝黑、头发斑白,就像个老猎人,还有一副嘶哑的嗓音,时常重重地咳嗽,老穿一件皱巴巴的实验室工作服。
他们俩是钨光这家老工厂的老板,但亚伯把工厂的经营权留给了戴维,自己一生时间都倾注在了研究上。20世纪20年代早期,他发明了一种安全有效的到用氢氟酸制的磨砂电灯泡--他在豪斯顿的工厂设计了一种机器来做这种灯泡。他还研究真空管用的除气剂--像铯和钡一样具强活性的嗜氧金属,能够去除管中的残余空气。在更早的时候,他获得用赫兹石来做晶体收音机的专利。赫兹石是他发明的合成水晶。
他发明了夜光漆并获得专利,并在第一次世界大战期间用于军事瞄准器(他告诉我,夜光漆很可能在日德兰半岛战役中起到了决定性作用)。他的漆同样用于英格索尔钟表表盘的照明。像戴维舅舅一样,他有一双能干的大手,但是戴维舅舅的手上有钨的痕迹,亚伯舅舅的手因为长期大意地处理放射性原料而留下了镭烧伤和恶性疣的痕迹。
戴维舅舅和亚伯舅舅都跟外公一样钟爱光和灯,但是戴维喜欢热光,亚伯舅舅喜欢冷光。戴维舅舅让我知道了白炽灯的历史,还有稀土元素和金属灯丝,它们被加热时会发出白热的光。他还让我知道了化学反应的能量--在这一过程中,热是如何被吸收或散发的,热到什么程度会冒出火和光。
通过观察萤火虫和磷光,亚伯舅舅让我知道了冷光的世界,它或许始于有任何文字记录之前。我知道了关于磷火的历史,传说中,那些奇怪的、四处晃悠的、黯淡的圆球似的光,会引诱旅行者走向死亡。还有“圣埃尔莫之火”,这奇怪的火会在暴风雨天从船的桅杆上流下来,让水手以为是魔法。还有朦胧的南极光和北极光,在高空中微微发亮。冷光好像总有一种离奇的神秘感,不同于熟悉的柔和的暖光。
有一种元素甚至会自行发光--磷。因为它的这种特性,磷深深地吸引了我,有时我会在晚上溜到实验室,做关于磷的实验。我刚有了通风橱,就把一片白磷放在水里煮,把灯光调暗,这样就能看见烧瓶里冒出烟来,发出一种蓝绿色的光。另外一个很有看头的实验,就是在一个蒸馏瓶里煮苛性钾和磷,这会产生剧毒物质磷化氢,但我毫不在意。溢出的磷化氢泡沫会自燃,形成一圈圈漂亮的白烟。
在一个钟形的玻璃容器里点燃磷(用放大镜),瓶子就会充满白色的片状的五氧化二磷。如果在水上做这个实验,当五氧化物接触到水并溶解生成磷酸的过程中,就会像烧红的铁一样发出嘶嘶的声音。通过加热白磷,我能把它变成它的同素异形体红磷,即火柴盒两侧用的磷。在儿时,我就知道钻石和石墨是同素异形体,同一种元素,不同的形体。在实验室里,我可以自己实现这些变化,把白磷变成红磷,然后再变回来。这些转化让我觉得像是魔术。
磷的亮光一次一次地吸引了我。人们可以很容易地把磷溶解在丁香油或肉桂油或是酒精里(正如波义耳所做的那样)--这不仅盖过了它的大蒜味,还可以让人放心做实验,因为这样的溶液只包含百万分之一的磷,仍然可以发光。人们可以擦一点这样的溶液在脸上或手上,它们会在黑暗中发出幽灵似的光。这种光忽明忽暗,正如波义耳所说:“一直闪烁,有时候会突然大放光明。”
1669年,汉堡的波兰特第一个发现这一不可思议的元素。他从尿中蒸馏得到磷(很显然有炼金的野心)。他喜欢他分离出的古怪的发光物质,并称它为“冷火”,或者更亲切一点,称为“我的火焰”。
波兰特很小心地处理这一新元素,他显然对它强大的威力感到很惊讶,正如他在1679年4月30日写给莱布尼茨的信中所说:
上帝可以作证,近日,我的手在冒火,只是轻轻吹一口气,火就会自动燃起。我手上的皮肤真的被烧得像石头一样硬,我的孩子们哭着说这很可怕。
尽管所有的早期研究者都被磷严重地烧伤过,他们也看见这一奇妙的物质像是带着一种萤火虫或是月亮的光,那是一种神秘的不可解释的光辉。莱布尼茨也和波兰特一样,想象磷发出的光是否能用于夜晚照明(亚伯告诉我,这或许是第一个使用冷光照明的提议)。
没有人比波义耳对这一现象更感兴趣了,他仔细观察了磷光--它是如何存在于空气中,又如何奇怪地闪烁。波义耳已经对“发光现象”作了充分的调查,从萤火虫到发光木头和腐肉,还对这些冷光和炭火作了仔细的比较(他发现它们都需要空气)。
波义耳曾经被受到惊吓的仆人叫醒,仆人说,肉在黑糊糊的餐厅里闪闪发光。波义耳对此很是着迷,立刻起床开始调查。他由此写成一篇引人入胜的文章:《闪闪发光的肉:无腐臭之小牛肉和鸡肉发光现象研究》。这种发光很可能是因为发光细菌所致,但是在波义耳生活的时代,人们还不知道这样的生物体。
亚伯舅舅也着迷于这样的化学发光物质,并在年轻时做了很多实验,研究发光生物身上的发光物质。他想象它们如何被用于实际中,制成真正的发光漆。化学发光物确实能够发出耀眼的光芒,唯一的问题是,这光芒事实上很短暂,反应物消耗完以后就会立刻消失,除非能持续反应生成发光物质(比如萤火虫)。如果化学不能做到持续发光的效果,那么人们就需要其他能够转变成可见光的能量形式。
亚伯小时候,对发光的兴趣来自他们在莱曼大街的老房子里使用的巴尔曼发光漆--因为被用于喷锁眼、瓦斯炉、电灯以及其他可能摸黑触碰的东西。亚伯发现这些东西很奇妙,光线照射之后,它们会连续几小时发出柔和的光。这种磷光曾在17世纪被博洛尼亚的一个皮鞋匠发现过,这个皮鞋匠收集了一些小鹅卵石,并用木炭烘烤,然后发现,当它们在阳光下暴露后,能在黑暗中持续几小时发光。这种发光物被称为“博洛尼亚之磷”,事实上是钡矿物重晶石还原产生的硫酸钡。硫化钙很容易获取。它可以用硫黄加热牡蛎壳获得。它与各种各样的金属掺杂在一起,就是巴尔曼发光漆的主要成分。亚伯告诉我,少量金属能够活化硫化钙并让它产生不同的颜色。奇怪的是,纯正的硫化钙并不发光。