寶石中的光影世界

馬志飛

如果說，石頭是上帝隨手捏就的，那么，礦物晶體就是上帝用尺子丈量、精心設(shè)計出來的。作為礦物中極少數(shù)的寶石，更是難得的精品，它們歷經(jīng)億萬年水與火的洗禮，以最美麗的姿態(tài)展現(xiàn)在人類面前。寶石之美，不僅在于材質(zhì)之美、顏色之美、工藝之美;而且有些寶石具有特殊的光學(xué)效果，稱得上是美中之美。

總的說來，寶石中的光學(xué)效應(yīng)主要包括火彩效應(yīng)、變彩效應(yīng)、貓眼效應(yīng)、星光效應(yīng)、熒光效應(yīng)和磷光效應(yīng)等。下面，讓我們一一欣賞。

火彩——最耀眼的光芒

在評價某些寶石的好壞時，業(yè)內(nèi)人士常用到一個字——“火”。如果這種寶石很耀眼，就表明“火好”。這里所說的“火”，可不是點燃的火焰，也不是礦物學(xué)中的“光澤”，而是光線變化造成的特殊效果。

比如鉆石，它具有很強的色散能力，也就是說，當(dāng)一束白光射入刻面寶石以后，經(jīng)反射或透射出寶石時，因白光中不同顏色的光具有不同的波長，會具有不同的折射率，從而使白光分解，呈現(xiàn)出一系列帶顏色的色譜，這種現(xiàn)象叫色散效應(yīng)。某些切工較好的鉆石在轉(zhuǎn)動時，由于觀測者、光源和寶石三者之間的相對位置發(fā)生了變動，這種奇特的光芒還會閃爍不定，這種現(xiàn)象叫寶石的閃爍效應(yīng)。

當(dāng)色散效應(yīng)和閃光效應(yīng)同時表現(xiàn)出來的時候，就成為“火彩”，即反射出五光十色、光怪陸離的彩光?！盎鸩省痹綇娏遥馕吨鴮毷纳试狡G麗、迷人，這不僅要求寶石材料必須有足夠高的色散值，更要有合適的切割和設(shè)計，切割面的多少、面與面之間的角度都必須遵循該寶石的光學(xué)性質(zhì)，只有這樣，才能充分展現(xiàn)其內(nèi)部的火彩。比如，鉆石的折射率是2.417，色散值是0.044，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，翠榴石（石榴石的一種）的色散能力比鉆石還強，它的折射率是1.888，色散值達(dá)到了0.057。經(jīng)過精心設(shè)計和切割之后，翠榴石可以表現(xiàn)比鉆石更強烈的火彩，所以，它被人們稱為“世界上最耀眼的寶石”。

變彩——游移的彩虹

我國歷史上最著名的美玉——和氏璧，史書上稱其為“側(cè)而視之色碧，正而視之色白”。意思是說，如果從不同的角度看和氏璧會看到不同的顏色。遺憾的是，和氏璧后來下落不明，我們只能根據(jù)古人的描述來推測它的成分。有學(xué)者認(rèn)為，和氏璧應(yīng)該是月長石;還有人認(rèn)為，它是歐泊。

月長石，也稱月光石，其中含有鈣、鈉、鋁、硅等元素。當(dāng)我們從不同的角度觀察它時，可以看到白色至淡藍(lán)色的變化，猶如朦朧的月光一般，故而得名月光石。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是由于月光石中含有鈣長石和鈉長石兩種長石，在鈣長石的晶格中，鈉長石分子作為細(xì)微的包裹體定向排列，引起光線發(fā)生散射和干涉，從而導(dǎo)致寶石顏色上的變化。

歐泊，主要成分是含水的二氧化硅，又稱“蛋白石”。觀察歐泊時，你會發(fā)現(xiàn)，歐泊可以

在淡藍(lán)色、深藍(lán)色、濃綠色、濃紫色等多種顏色之間來回變換。歐泊也是寶石家族中名副其實的“色彩之王”。由于歐泊中的二氧化硅就像是緊密堆積在一起的小球一樣，在三維空間中規(guī)則排列，形成了一個天然的三維光柵;當(dāng)受到白色光線照射時，隨著入射角度的變化，光波遇到障礙物后，會偏離原來的直線傳播方向，不同波長的單色光不斷發(fā)生衍射;于是，我們看到了五顏六色的彩光。

貓眼——暗夜中的精靈

印度洋上的島國斯里蘭卡盛產(chǎn)一種特殊的寶石，工匠們將這種寶石的頂部切割成弧形;在光照之下，這種寶石中會出現(xiàn)一道明亮的光帶;轉(zhuǎn)動寶石，光帶也隨之閃動。人們稱這種閃光為“活光”，它就像是黑夜之中的貓眼一樣，閃出一絲亮光。在寶石學(xué)中，這種奇特的光學(xué)現(xiàn)象叫貓眼效應(yīng)。這種寶石則被稱為貓眼石。

斯里蘭卡的貓眼石，其實是金綠寶石的一種，這是一種十分罕見的鈹、鋁氧化物礦物。具有貓眼效應(yīng)的金綠寶石是寶石中的珍品，顏色有淡綠色、淡黃色等，呈半透明至透明狀，被斯里蘭卡人尊奉為國石。其實，具有貓眼效應(yīng)的不只是貓眼石，有些紅柱石、磷灰石、祖母綠、藍(lán)寶石、虎睛石、石英、碧璽、坦桑石也具有貓眼效應(yīng)，比如澳洲貓眼石，其實在澳大利亞所指的就是黑色歐泊。

貓眼效應(yīng)是如何形成的呢？在礦物形成過程中，某些礦物偶爾會帶有平行排列的長條狀包裹體，或者是含有一些緊密平行排列的纖維，如果把這樣的礦物切割打磨成圓頂狀，強烈的光線在透過礦物時，經(jīng)過光的反射和散射作用，就會產(chǎn)生一條細(xì)窄、明亮的光帶。寶石工藝師們總結(jié)的經(jīng)驗是，要想產(chǎn)生理想的貓眼效應(yīng)，應(yīng)將寶石切磨成弧面形，寶石底面要平行于其中所含的包裹體和纖維，并盡量使包裹體和纖維位于寶石的中間位置。

星光——璀璨的星空

試想一下，如果在寶石中所含的平行排列的長條狀包裹體或緊密平行排列的纖維不只是一組，而是兩組或三組，那會出現(xiàn)什么情況呢？

在強光照射下，你會發(fā)現(xiàn)，那些細(xì)窄、明亮的光帶交叉在一起，像夜空中閃亮的星光一樣神秘而充滿魅惑。世界上最著名的一顆藍(lán)寶石，名為“昆士蘭黑星”。這顆藍(lán)寶石之所以如此有名，不僅因為它的個頭大，切割后仍重達(dá)733克拉;而且在于，在光線的照射之下，被打磨成弧面形狀的寶石頂部會出現(xiàn)6道交叉的亮線。這種現(xiàn)象被稱為寶石的星光效應(yīng)。

?藍(lán)寶石

這種星光效應(yīng)只出現(xiàn)在經(jīng)過切磨的半球形或橢圓形凸面的寶石上，最典型的就是紅寶石和藍(lán)寶石，它們大多具有6道放射狀星光，簡稱為“六射星光”，偶爾還會出現(xiàn)“十二射星光”的情況;還有些寶石，如尖晶石、石榴石、堇青石、藍(lán)晶石等，也會出現(xiàn)“四射星光”的情況，看起來十分迷人。

或許有人會問：星光效應(yīng)是否可以作為判別寶石真?zhèn)蔚囊罁?jù)呢？用今天的眼光來看，這是不行的。因為天然產(chǎn)出的具有星光效應(yīng)的寶石十分稀有，價值十分昂貴。為了能夠讓普通寶石產(chǎn)生星光效應(yīng)，珠寶商費盡心機，并且獲得了成功。最初，有人在天然寶石的表面找到合適的位置，然后刻劃出幾組平行的刮痕;這樣，就可以人為地制造出星光效應(yīng)。但是，很顯然，這種偽造的星光效應(yīng)是以破壞寶石表面為代價的。后來，隨著人造寶石的不斷增多，人造星光寶石也出現(xiàn)在市場上。相比之下，天然寶石的星光

效應(yīng)看起來像是從寶石內(nèi)部射出的，光線自然;而人造寶石的星光像畫在寶石表面，光線呆板，所以，人造寶石的售價要低很多。

熒光——被激發(fā)的冷光

用過驗鈔機的人應(yīng)該記得這樣的情景：當(dāng)你把鈔票放在驗鈔機的紫外線下進(jìn)行照射時，真鈔上就會顯示出平時用肉眼看不到的亮光。這是利用了熒光物質(zhì)在紫外線的照射下能夠發(fā)光的原理制成的。

熒光，最初就是在螢石身上發(fā)現(xiàn)的。1824年，德國礦物學(xué)家莫斯已經(jīng)注意到，有些螢石在紫外線照射下所呈現(xiàn)出的顏色，完全不同于它在日光下的顏色。1852年，英國數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家斯托克斯發(fā)現(xiàn)了熒光的存在。后來，地質(zhì)學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些具有熒光特點的礦物，如金剛石在紫外線或X射線照射下發(fā)出天藍(lán)色或紫色熒光，硅鋅礦在紫外光下發(fā)出鮮綠色熒光，硅鈣鈾礦在紫外光照射下能發(fā)出很弱的黃綠色熒光。

現(xiàn)在，人們已經(jīng)搞清了礦物中熒光產(chǎn)生的原理：當(dāng)高能量短波長光線射入到螢石中時，它的電子吸收能量后，會從基態(tài)躍遷至高能級;但是，處在高能級的電子極不穩(wěn)定，會從高能級躍遷至低能級，從而釋放出能量并發(fā)出熒光，這種現(xiàn)象被稱為熒光效應(yīng)。螢石之所以能發(fā)出熒光，是由于它含有一些罕見的金屬元素，如稀土元素釔和鈰，它們可以替代螢石中的一小部分鈣離子，由于這些微量元素并未完全真正融入其所在的晶體結(jié)構(gòu)中，它們的電子結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，更容易被激發(fā)，從而發(fā)出紫色或紅色的熒光。

磷光——夜明珠的真相

傳說，古代隨國（今湖北隨州一帶）君侯某日出游途中遇到一條大蛇，那條蛇身受重傷，在路邊苦苦掙扎。隨侯不忍，急忙令人給蛇敷藥包扎，然后將其放生。數(shù)日之后，這條大蛇身體痊愈，來到隨侯住處，言其為龍王之子，特獻(xiàn)上夜明珠一顆，以報答隨候的搭救之恩。東晉史學(xué)家干寶在其所著的小說集《搜神記》中這樣描述隨侯所得的夜明珠：“徑盈寸，純白而夜光，可以燭室。”李斯在《上始皇書》中曾寫道：“陛下有隨和之寶，垂明月之珠?！边@說明，隨侯的夜明珠之后連同和氏璧都被秦始皇所得，但是它們最后均不知所終。有人說，這些寶物可能藏在秦始皇墓中。地方志《三秦記》中記載：“始皇冢中，以夜光珠為日月，殿懸日月珠，晝夜光明?！边@里所謂的“日月珠”或許就是“隨候珠”。

可是，隨候珠究竟是何物呢？后世的史學(xué)家只能根據(jù)史料進(jìn)行推測。有人認(rèn)為，它是珍珠;有人說，是琉璃;還有人說，是金剛石。目前，大家普遍接受的說法則是螢石。這不僅僅因為湖北隨州北部確有螢石礦;更重要的是，螢石的確是可以發(fā)光的礦物。礦物的發(fā)光性有兩種情況：其一，礦物因受外界能量激發(fā)而發(fā)光;但當(dāng)外界激發(fā)能量停止后，礦物即停止發(fā)光，這種光為熒光。其二，礦物因受外界能量激發(fā)而發(fā)光，如果外界激發(fā)能量停止后，礦物發(fā)光現(xiàn)象還能持續(xù)一段時間，這種光則被稱為磷光。

有些螢石中含有硫化砷，白天，在陽光照射或經(jīng)過加熱之后，可以產(chǎn)生磷光效應(yīng);到了晚上，硫化砷會慢慢釋放出能量，產(chǎn)生微弱的光芒，并能持續(xù)數(shù)小時之久。照此推斷，古人所說的夜明珠，可能就是這種具有磷光效應(yīng)的螢石。在古印度，有人發(fā)現(xiàn)在一個小山崗上總是有很多眼鏡蛇。為了查明眼鏡蛇聚集于此的原因，人們晝夜觀察，后來發(fā)現(xiàn)，在漆黑的夜晚，這里的巖石會發(fā)出微微的亮光，許多具有趨光性的昆蟲聚集在這里。由于小飛蟲眾多，青蛙便趕來覓食。于是，喜歡吃青蛙的眼鏡蛇也前來飽餐一頓。其實，這種會發(fā)光的巖石就是螢石。螢石中文名稱的由來，想必正是人們從會發(fā)光的螢火蟲身上聯(lián)想到的吧。

總而言之，寶石的各種光學(xué)效應(yīng)都是由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成的光的反射、折射、散射、干涉、衍射等現(xiàn)象，在寶石不同的顏色、光澤、透明度及外形的襯托之下，光學(xué)物理現(xiàn)象被展現(xiàn)得如夢似幻。

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