引言
当快门开启的瞬间，光子撞击胶片，图像被“捕获”了。但此时胶片上并没有可见的图像，只有一个看不见的潜影 (Latent Image)。
潜影是如何形成的？为什么曝光时间太长或太短会导致感光度下降（互易律失效）？本章将利用量子物理模型——Gurney-Mott 理论来解答这些问题。
Gurney-Mott 理论：潜影形成的四步舞
1938年，R.W. Gurney 和 N.F. Mott 提出了经典的潜影形成机理，至今仍是解释感光过程的基础模型。
1. 光吸收与电子激发
当一个光子（能量 $h\nu$）撞击卤化银晶体时，它将卤素离子（$Br^-$）的一个电子激发到导带（Conduction Band）：
此时，晶体中产生了一个自由电子 ($e^-$) 和一个正空穴 ($Br$ 原子)。
2. 电子陷阱捕获
自由电子在晶体中快速移动，直到被感光中心 (Sensitivity Speck) 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，它们充当了“电子陷阱”。 被捕获的电子使感光中心带上了负电荷。
3. 离子迁移
带负电的感光中心吸引晶体内部可移动的间隙银离子 ($Ag_i^+$)。银离子迁移到感光中心，与电子结合，还原为金属银原子 ($Ag$)：
4. 循环与积累
一个银原子是不稳定的，容易分解。要形成稳定的潜影中心，上述过程必须重复多次。
- 第二个光子产生第二个电子 $\rightarrow$ 捕获 $\rightarrow$ 吸引第二个银离子 $\rightarrow$ 形成 $Ag_2$。
- 通常认为，3-4 个银原子聚集在一起 ($Ag_3$ 或 $Ag_4$) 才能构成一个稳定的、可显影的潜影中心。
互易律失效 (Reciprocity Failure)
根据互易律（Bunsen-Roscoe Law），曝光量 $H = E \times t$。只要总量 $H$ 不变，照度 $E$ 和时间 $t$ 应该可以互换。但在胶片摄影中，当 $t$ 极短或极长时，这一通过失效，称为施瓦西效应 (Schwarzschild Effect)。
1. 低照度失效 (Low Intensity Failure)
- 现象：当光线极弱，曝光时间很长（如星空摄影，t > 1s）时，胶片感光度显著下降。
- Gurney-Mott 解释： 光子到达的间隔时间太长。第一个光子形成的单银原子 ($Ag$) 是不稳定的，具有热不稳定性。如果在第二个光子到达之前，第一个银原子已经热分解 ($Ag \rightarrow Ag_i^+ + e^-$)，那么潜影就无法积累。 后果：需要大幅增加曝光时间。例如测光 10秒，实际可能需要 30-50秒。
2. 高照度失效 (High Intensity Failure)
- 现象：当光线极强，曝光时间极短（如高速闪光摄影，t < 1/10000s）时，感光度也会下降。
- Gurney-Mott 解释： 大量光子在极短时间内涌入，产生了大量自由电子。电子陷阱（感光中心）来不及处理这么多电子，或者间隙银离子 ($Ag_i^+$) 的迁移速度跟不上电子的积累速度。 这导致电子在晶体内部其他浅陷阱处被捕获，形成了许多微小的、分散的银原子簇（如 $Ag_2$），而不是集中在一个大的、可显影的潜影中心上。这些微小簇无法触发显影。 后果：反差降低，最大密度 ($D_{max}$) 下降。
潜影的退化 (Latent Image Regression)
潜影形成后并非永久不变。随着时间推移，银原子簇可能会因热运动或氧化而重新分解为离子，导致影像消失。
- 影响因素：高温、高湿会加速潜影退化。
- 应用：这就是为什么拍摄后的胶片应尽快冲洗，或者放入冰箱冷藏保存。
总结
Gurney-Mott 理论揭示了摄影的量子本质：它是一场电子与离子的赛跑。只有当光子的到达频率与离子的迁移速度完美匹配时，潜影才能高效形成。
理解了潜影的形成，我们就可以通过数学工具来量化胶片对光的响应特性。下一章，我们将进入感光测定学的核心——特性曲线。