神奇的“魯珀特之淚”

徐杰

2600萬年前，世界上已知最早的玻璃在隕石撞擊產生的巨大能量中生成，并且鑲嵌于古埃及法老王圖坦卡蒙的木乃伊圣甲蟲首飾的中央。從此，玻璃真正走入了人們的日常生活。

然而，玻璃一直以來都給人以脆弱、易碎的印象。為了使玻璃更加安全，人們又發明了強化玻璃，而這種強化玻璃的科學起源就來自于17世紀40年代的一種奇珍異寶——“魯珀特之淚”。

所謂“魯珀特之淚”，就是將熔化的玻璃滴入冰水中，冷卻后形成的像小蝌蚪一樣帶著細長尾巴的玻璃。這種玻璃本身和實心玻璃沒什么兩樣，捏捏錘錘都安然無恙。中央電視臺綜合頻道播出的《加油！向未來》中，曾經用液壓機錘擊形似蝌蚪的“魯珀特之淚”，也未能將這顆“魯珀特之淚”碾碎。一時間，這顆抗壓能力超強的“魯珀特之淚”引發了大家的思考。

水滴型潛艇的設計也和“魯珀特之淚”有異曲同工之妙。艇身從中部開始向后逐漸變細，尾部呈尖尾狀，有助于提高水下航速，并使之超過水上航速。汽車工業的強化玻璃也是依據了“魯伯特之淚”的原理設計的。

然而，若是抓住“魯伯特之淚”纖細的尾巴，稍微施加一些壓力，那么整顆玻璃就會瞬間爆裂四濺，徹底粉碎。這個原理叫做“裂紋擴展”，是因為其內部不均衡的壓力導致。當熔化的玻璃滴入冰水中時，玻璃表面迅速冷卻形成外殼，而殼下的玻璃還仍然是液態。等到核部的玻璃也冷卻凝結時，由于體積變化，液態的玻璃自然而然地向著已經是固態的外殼收縮，導致靠近表面的玻璃受到很大的壓應力，而核心位置則被拉扯向四周，受到拉應力。當外部遭到破壞時，這些殘余應力迅速釋放出來，使得裂紋瞬間傳遍整顆玻璃，支離破碎。如果細小的尾部受到刮擦的話，玻璃就會釋放出全部的內應力，這種力量會使整塊玻璃粉碎成細粉。依據這個原理制作出來的強化玻璃，靠的正是它的這個能力。

如果你想要避開導致玻璃破碎的內部壓力，就需要對玻璃進行“退火”，使其減少脆性。因為，退火處理能使它處于一種均衡的溫度，這樣就不會出現內部的溫度差。