寶石中的光影世界

馬志飛

如果說(shuō)，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(jì)出來(lái)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(wàn)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(shuō)來(lái)，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(píng)價(jià)某些寶石的好壞時(shí)，業(yè)內(nèi)人士常用到一個(gè)字——“火”。如果這種寶石很耀眼，就表明“火好”。這里所說(shuō)的“火”，可不是點(diǎn)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(qiáng)的色散能力，也就是說(shuō)，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(shí)，因白光中不同顏色的光具有不同的波長(zhǎng)，會(huì)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(dòng)時(shí)，由于觀測(cè)者、光源和寶石三者之間的相對(duì)位置發(fā)生了變動(dòng)，這種奇特的光芒還會(huì)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(shí)表現(xiàn)出來(lái)的時(shí)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?qiáng)烈，意味著寶石的色彩越艷麗、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(jì)，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(qiáng)，它的折射率是1.888，色散值達(dá)到了0.057。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和切割之后，翠榴石可以表現(xiàn)比鉆石更強(qiáng)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(guó)歷史上最著名的美玉——和氏璧，史書(shū)上稱其為“側(cè)而視之色碧，正而視之色白”。意思是說(shuō)，如果從不同的角度看和氏璧會(huì)看到不同的顏色。遺憾的是，和氏璧后來(lái)下落不明，我們只能根據(jù)古人的描述來(lái)推測(cè)它的成分。有學(xué)者認(rèn)為，和氏璧應(yīng)該是月長(zhǎng)石;還有人認(rèn)為，它是歐泊。

月長(zhǎng)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(shí)，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(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石兩種長(zhǎng)石，在鈣長(zhǎng)石的晶格中，鈉長(zhǎng)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(shí)，你會(huì)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(lái)回變換。歐泊也是寶石家族中名副其實(shí)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(gè)天然的三維光柵;當(dāng)受到白色光線照射時(shí)，隨著入射角度的變化，光波遇到障礙物后，會(huì)偏離原來(lái)的直線傳播方向，不同波長(zhǎng)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(guó)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(huì)出現(xiàn)一道明亮的光帶;轉(zhuǎn)動(dòng)寶石，光帶也隨之閃動(dòng)。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(shí)是金綠寶石的一種，這是一種十分罕見(jiàn)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(guó)石。其實(shí)，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(shí)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(guò)程中，某些礦物偶爾會(huì)帶有平行排列的長(zhǎng)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(qiáng)烈的光線在透過(guò)礦物時(shí)，經(jīng)過(guò)光的反射和散射作用，就會(huì)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(yàn)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(zhǎng)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(huì)出現(xiàn)什么情況呢？

在強(qiáng)光照射下，你會(huì)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?yàn)樗膫€(gè)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(huì)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(guò)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(jiǎn)稱為“六射星光”，偶爾還會(huì)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(huì)出現(xiàn)“四射星光”的情況，看起來(lái)十分迷人。

或許有人會(huì)問(wèn)：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(lái)看，這是不行的。因?yàn)樘烊划a(chǎn)出的具有星光效應(yīng)的寶石十分稀有，價(jià)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(fèi)盡心機(jī)，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(jià)的。后來(lái)，隨著人造寶石的不斷增多，人造星光寶石也出現(xiàn)在市場(chǎng)上。相比之下，天然寶石的星光

效應(yīng)看起來(lái)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(huà)在寶石表面，光線呆板，所以，人造寶石的售價(jià)要低很多。

熒光——被激發(fā)的冷光

用過(guò)驗(yàn)鈔機(jī)的人應(yīng)該記得這樣的情景：當(dāng)你把鈔票放在驗(yàn)鈔機(jī)的紫外線下進(jìn)行照射時(shí)，真鈔上就會(huì)顯示出平時(shí)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(guó)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(guó)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(lái)，地質(zhì)學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些具有熒光特點(diǎn)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(zhǎng)光線射入到螢石中時(shí)，它的電子吸收能量后，會(huì)從基態(tài)躍遷至高能級(jí);但是，處在高能級(jí)的電子極不穩(wěn)定，會(huì)從高能級(jí)躍遷至低能級(jí)，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(jiàn)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(shuō)，古代隨國(guó)（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(lái)到隨侯住處，言其為龍王之子，特獻(xiàn)上夜明珠一顆，以報(bào)答隨候的搭救之恩。東晉史學(xué)家干寶在其所著的小說(shuō)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?！崩钏乖凇渡鲜蓟蕰?shū)》中曾寫(xiě)道：“陛下有隨和之寶，垂明月之珠。”這說(shuō)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(shuō)，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(cè)。有人認(rèn)為，它是珍珠;有人說(shuō)，是琉璃;還有人說(shuō)，是金剛石。目前，大家普遍接受的說(shuō)法則是螢石。這不僅僅因?yàn)楹彪S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(shí)間，這種光則被稱為磷光。

有些螢石中含有硫化砷，白天，在陽(yáng)光照射或經(jīng)過(guò)加熱之后，可以產(chǎn)生磷光效應(yīng);到了晚上，硫化砷會(huì)慢慢釋放出能量，產(chǎn)生微弱的光芒，并能持續(xù)數(shù)小時(shí)之久。照此推斷，古人所說(shuō)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(gè)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(lái)發(fā)現(xiàn)，在漆黑的夜晚，這里的巖石會(huì)發(fā)出微微的亮光，許多具有趨光性的昆蟲(chóng)聚集在這里。由于小飛蟲(chóng)眾多，青蛙便趕來(lái)覓食。于是，喜歡吃青蛙的眼鏡蛇也前來(lái)飽餐一頓。其實(shí)，這種會(huì)發(fā)光的巖石就是螢石。螢石中文名稱的由來(lái)，想必正是人們從會(huì)發(fā)光的螢火蟲(chóng)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(mèng)似幻。

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