前言：捕捉光子的陷阱
摄影的本质是“用光作画”。在数码时代，光子被硅基传感器（CMOS/CCD）捕获并转化为电子信号。而在胶片摄影的 150 年历史中，光子是被卤化银晶体捕获的。
当我们按下快门的那一刻，胶片上发生了一场微观层面的物理化学反应。虽然肉眼看不见任何变化，但潜影已经形成。本章将深入探讨这一神奇过程的微观机制。
卤化银晶体结构
感光乳剂（Emulsion）的核心成分是悬浮在明胶中的卤化银微晶。最常用的是：
- 溴化银：感光度高，是现代胶片的主体。
- 氯化银：感光度低，常用于相纸。
- 碘化银：通常少量掺杂在 AgBr 中，用于增加感光度和光谱响应范围。
卤化银晶体通常呈面心立方结构（类似 NaCl）。在现代高速胶片（如 Kodak T-Max, Ilford Delta）中，科学家通过控制结晶条件，制造出了扁平状的 T-颗粒，极大地增加了受光面积，提高了感光效率。
光电效应与电子激发
当一个能量为 $h\nu$ 的光子撞击卤化银晶体时，如果光子能量大于禁带宽度，价带（Valence Band）中的卤素离子（如 $Br^-$）会释放出一个电子：
这里，$e^-$ 是自由电子，$Br$ 是溴原子（也称为空穴 $h^+$）。这个自由电子在晶体导带（Conduction Band）中自由移动，直到它被晶体缺陷捕获。
葛尼-莫特理论
1938 年，R.W. Gurney 和 N.F. Mott 提出了著名的潜影形成理论，至今仍被广泛接受。该过程分为两个阶段：
电子阶段 (Electronic Stage)
自由电子 $e^-$ 在晶体中游荡，最终被感光中心捕获。感光中心通常是晶体表面的硫化银（$Ag_2S$）杂质或晶格缺陷。
此时，感光中心带上了负电荷。
离子阶段 (Ionic Stage)
带负电的感光中心吸引了晶体中可移动的间隙银离子。银离子迁移到感光中心，与电子结合，还原为金属银原子：
循环与积累
单个银原子是不稳定的，容易分解。为了形成稳定的潜影，上述过程必须重复多次。
通常认为，4 个银原子聚集成团，才能构成一个稳定的、可被显影的潜影中心（Latent Image Center）。
倒易律失效
根据倒易律，曝光量 $E = I \times t$。只要总量 $E$ 不变，光强 $I$ 和时间 $t$ 应该可以互换。 然而，在极弱光（长曝光）下，光子到达的频率很低。
- 如果第二个光子来得太晚，第一个银原子可能已经热分解了：$Ag \rightarrow Ag_i^+ + e^-$。
- 这导致潜影形成的效率大幅下降。 这就是倒易律失效的微观物理机制。因此，长曝光时需要显著增加曝光时间来补偿这种效率损失。
总结
潜影的形成是一个将光能转化为化学能的过程。微小的光子能量触发了银离子的还原，形成了只有几个原子大小的金属银团簇。这个微小的团簇将在后续的显影过程中，作为催化剂，引发数亿倍的化学放大反应。
下一章，我们将进入暗房，探讨如何通过显影将这看不见的潜影转化为可见的影像。
Reference
- Gurney, R. W., & Mott, N. F. (1938). The theory of the photolysis of silver bromide and the photographic latent image.
- James, T. H. (1977). The Theory of the Photographic Process.