宝石中的光影世界

马志飞

如果说，石头是上帝随手捏就的，那么，矿物晶体就是上帝用尺子丈量、精心设计出来的。作为矿物中极少数的宝石，更是难得的精品，它们历经亿万年水与火的洗礼，以最美丽的姿态展现在人类面前。宝石之美，不仅在于材质之美、颜色之美、工艺之美;而且有些宝石具有特殊的光学效果，称得上是美中之美。

总的说来，宝石中的光学效应主要包括火彩效应、变彩效应、猫眼效应、星光效应、荧光效应和磷光效应等。下面，让我们一一欣赏。

火彩——最耀眼的光芒

在评价某些宝石的好坏时，业内人士常用到一个字——“火”。如果这种宝石很耀眼，就表明“火好”。这里所说的“火”，可不是点燃的火焰，也不是矿物学中的“光泽”，而是光线变化造成的特殊效果。

比如钻石，它具有很强的色散能力，也就是说，当一束白光射入刻面宝石以后，经反射或透射出宝石时，因白光中不同颜色的光具有不同的波长，会具有不同的折射率，从而使白光分解，呈现出一系列带颜色的色谱，这种现象叫色散效应。某些切工较好的钻石在转动时，由于观测者、光源和宝石三者之间的相对位置发生了变动，这种奇特的光芒还会闪烁不定，这种现象叫宝石的闪烁效应。

当色散效应和闪光效应同时表现出来的时候，就成为“火彩”，即反射出五光十色、光怪陆离的彩光。“火彩”越强烈，意味着宝石的色彩越艳丽、迷人，这不仅要求宝石材料必须有足够高的色散值，更要有合适的切割和设计，切割面的多少、面与面之间的角度都必须遵循该宝石的光学性质，只有这样，才能充分展现其内部的火彩。比如，钻石的折射率是2.417，色散值是0.044，科学家研究发现，翠榴石（石榴石的一种）的色散能力比钻石还强，它的折射率是1.888，色散值达到了0.057。经过精心设计和切割之后，翠榴石可以表现比钻石更强烈的火彩，所以，它被人们称为“世界上最耀眼的宝石”。

变彩——游移的彩虹

我国历史上最著名的美玉——和氏璧，史书上称其为“侧而视之色碧，正而视之色白”。意思是说，如果从不同的角度看和氏璧会看到不同的颜色。遗憾的是，和氏璧后来下落不明，我们只能根据古人的描述来推测它的成分。有学者认为，和氏璧应该是月长石;还有人认为，它是欧泊。

月长石，也称月光石，其中含有钙、钠、铝、硅等元素。当我们从不同的角度观察它时，可以看到白色至淡蓝色的变化，犹如朦胧的月光一般，故而得名月光石。之所以出现这种现象，是由于月光石中含有钙长石和钠长石两种长石，在钙长石的晶格中，钠长石分子作为细微的包裹体定向排列，引起光线发生散射和干涉，从而导致宝石颜色上的变化。

欧泊，主要成分是含水的二氧化硅，又称“蛋白石”。观察欧泊时，你会发现，欧泊可以

在淡蓝色、深蓝色、浓绿色、浓紫色等多种颜色之间来回变换。欧泊也是宝石家族中名副其实的“色彩之王”。由于欧泊中的二氧化硅就像是紧密堆积在一起的小球一样，在三维空间中规则排列，形成了一个天然的三维光栅;当受到白色光线照射时，随着入射角度的变化，光波遇到障碍物后，会偏离原来的直线传播方向，不同波长的单色光不断发生衍射;于是，我们看到了五颜六色的彩光。

猫眼——暗夜中的精灵

印度洋上的岛国斯里兰卡盛产一种特殊的宝石，工匠们将这种宝石的顶部切割成弧形;在光照之下，这种宝石中会出现一道明亮的光带;转动宝石，光带也随之闪动。人们称这种闪光为“活光”，它就像是黑夜之中的猫眼一样，闪出一丝亮光。在宝石学中，这种奇特的光学现象叫猫眼效应。这种宝石则被称为猫眼石。

斯里兰卡的猫眼石，其实是金绿宝石的一种，这是一种十分罕见的铍、铝氧化物矿物。具有猫眼效应的金绿宝石是宝石中的珍品，颜色有淡绿色、淡黄色等，呈半透明至透明状，被斯里兰卡人尊奉为国石。其实，具有猫眼效应的不只是猫眼石，有些红柱石、磷灰石、祖母绿、蓝宝石、虎睛石、石英、碧玺、坦桑石也具有猫眼效应，比如澳洲猫眼石，其实在澳大利亚所指的就是黑色欧泊。

猫眼效应是如何形成的呢？在矿物形成过程中，某些矿物偶尔会带有平行排列的长条状包裹体，或者是含有一些紧密平行排列的纤维，如果把这样的矿物切割打磨成圆顶状，强烈的光线在透过矿物时，经过光的反射和散射作用，就会产生一条细窄、明亮的光带。宝石工艺师们总结的经验是，要想产生理想的猫眼效应，应将宝石切磨成弧面形，宝石底面要平行于其中所含的包裹体和纤维，并尽量使包裹体和纤维位于宝石的中间位置。

星光——璀璨的星空

试想一下，如果在宝石中所含的平行排列的长条状包裹体或紧密平行排列的纤维不只是一组，而是两组或三组，那会出现什么情况呢？

在强光照射下，你会发现，那些细窄、明亮的光带交叉在一起，像夜空中闪亮的星光一样神秘而充满魅惑。世界上最著名的一颗蓝宝石，名为“昆士兰黑星”。这颗蓝宝石之所以如此有名，不仅因为它的个头大，切割后仍重达733克拉;而且在于，在光线的照射之下，被打磨成弧面形状的宝石顶部会出现6道交叉的亮线。这种现象被称为宝石的星光效应。

 蓝宝石

这种星光效应只出现在经过切磨的半球形或椭圆形凸面的宝石上，最典型的就是红宝石和蓝宝石，它们大多具有6道放射状星光，简称为“六射星光”，偶尔还会出现“十二射星光”的情况;还有些宝石，如尖晶石、石榴石、堇青石、蓝晶石等，也会出现“四射星光”的情况，看起来十分迷人。

或许有人会问：星光效应是否可以作为判别宝石真伪的依据呢？用今天的眼光来看，这是不行的。因为天然产出的具有星光效应的宝石十分稀有，价值十分昂贵。为了能够让普通宝石产生星光效应，珠宝商费尽心机，并且获得了成功。最初，有人在天然宝石的表面找到合适的位置，然后刻划出几组平行的刮痕;这样，就可以人为地制造出星光效应。但是，很显然，这种伪造的星光效应是以破坏宝石表面为代价的。后来，随着人造宝石的不断增多，人造星光宝石也出现在市场上。相比之下，天然宝石的星光

效应看起来像是从宝石内部射出的，光线自然;而人造宝石的星光像画在宝石表面，光线呆板，所以，人造宝石的售价要低很多。

荧光——被激发的冷光

用过验钞机的人应该记得这样的情景：当你把钞票放在验钞机的紫外线下进行照射时，真钞上就会显示出平时用肉眼看不到的亮光。这是利用了荧光物质在紫外线的照射下能够发光的原理制成的。

荧光，最初就是在萤石身上发现的。1824年，德国矿物学家莫斯已经注意到，有些萤石在紫外线照射下所呈现出的颜色，完全不同于它在日光下的颜色。1852年，英国数学家和物理学家斯托克斯发现了荧光的存在。后来，地质学家陆续发现了一些具有荧光特点的矿物，如金刚石在紫外线或X射线照射下发出天蓝色或紫色荧光，硅锌矿在紫外光下发出鲜绿色荧光，硅钙铀矿在紫外光照射下能发出很弱的黄绿色荧光。

现在，人们已经搞清了矿物中荧光产生的原理：当高能量短波长光线射入到萤石中时，它的电子吸收能量后，会从基态跃迁至高能级;但是，处在高能级的电子极不稳定，会从高能级跃迁至低能级，从而释放出能量并发出荧光，这种现象被称为荧光效应。萤石之所以能发出荧光，是由于它含有一些罕见的金属元素，如稀土元素钇和铈，它们可以替代萤石中的一小部分钙离子，由于这些微量元素并未完全真正融入其所在的晶体结构中，它们的电子结构处于不稳定状态，更容易被激发，从而发出紫色或红色的荧光。

磷光——夜明珠的真相

传说，古代随国（今湖北随州一带）君侯某日出游途中遇到一条大蛇，那条蛇身受重伤，在路边苦苦挣扎。随侯不忍，急忙令人给蛇敷药包扎，然后将其放生。数日之后，这条大蛇身体痊愈，来到随侯住处，言其为龙王之子，特献上夜明珠一颗，以报答随候的搭救之恩。东晋史学家干宝在其所著的小说集《搜神记》中这样描述随侯所得的夜明珠：“径盈寸，纯白而夜光，可以烛室。”李斯在《上始皇书》中曾写道：“陛下有随和之宝，垂明月之珠。”这说明，随侯的夜明珠之后连同和氏璧都被秦始皇所得，但是它们最后均不知所终。有人说，这些宝物可能藏在秦始皇墓中。地方志《三秦记》中记载：“始皇冢中，以夜光珠为日月，殿悬日月珠，昼夜光明。”这里所谓的“日月珠”或许就是“随候珠”。

可是，随候珠究竟是何物呢？后世的史学家只能根据史料进行推测。有人认为，它是珍珠;有人说，是琉璃;还有人说，是金刚石。目前，大家普遍接受的说法则是萤石。这不仅仅因为湖北随州北部确有萤石矿;更重要的是，萤石的确是可以发光的矿物。矿物的发光性有两种情况：其一，矿物因受外界能量激发而发光;但当外界激发能量停止后，矿物即停止发光，这种光为荧光。其二，矿物因受外界能量激发而发光，如果外界激发能量停止后，矿物发光现象还能持续一段时间，这种光则被称为磷光。

有些萤石中含有硫化砷，白天，在阳光照射或经过加热之后，可以产生磷光效应;到了晚上，硫化砷会慢慢释放出能量，产生微弱的光芒，并能持续数小时之久。照此推断，古人所说的夜明珠，可能就是这种具有磷光效应的萤石。在古印度，有人发现在一个小山岗上总是有很多眼镜蛇。为了查明眼镜蛇聚集于此的原因，人们昼夜观察，后来发现，在漆黑的夜晚，这里的岩石会发出微微的亮光，许多具有趋光性的昆虫聚集在这里。由于小飞虫众多，青蛙便赶来觅食。于是，喜欢吃青蛙的眼镜蛇也前来饱餐一顿。其实，这种会发光的岩石就是萤石。萤石中文名称的由来，想必正是人们从会发光的萤火虫身上联想到的吧。

总而言之，宝石的各种光学效应都是由于其内部结构造成的光的反射、折射、散射、干涉、衍射等现象，在宝石不同的颜色、光泽、透明度及外形的衬托之下，光学物理现象被展现得如梦似幻。

【责任编辑】赵  菲