宝石的“光影世界”它们的美并不完全在于材料本身

如果说石头是“大自然”造的，那么矿物晶体宝石则是“大自然”用尺子测量和精心设计的。作为矿物中稀有的宝石，经过亿万年的水火洗礼，它们以最美的姿态展现在人类面前。宝石的美不仅在于材料美、色彩美、工艺美，还在于某些宝石特殊的光学效果，可以称之为“美中之美”。一般来说，宝石的光学效应主要包括火色效应、变色效应、猫眼效应、星光效应、荧光效应和磷光效应。接下来，让我们一个一个地来欣赏。

变彩——绚丽的彩虹

和氏璧，中国历史上最传奇的美玉，被称为“侧而视之色碧，正而视之色白”。这意味着，如果你从不同的角度看鹤壁，你会看到不同的颜色。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断它的成分。有学者认为和氏璧应该是月光石，也有学者认为是欧泊（蛋白石）。月光石又称月长石，含有钙、钠、铝、硅等元素。当我们从不同的角度观察它时，我们可以看到它从白色到淡蓝色的变化，就像朦胧的月光一样，所以它被称为月光石。其原因是月光石中含有钙长石和钠长石两种矿物。在钙长石的晶格中，钠长石分子被定向成细小的包裹体，引起光散射和干涉，导致宝石颜色的变化。

欧泊主要由含水二氧化硅组成，也称为“蛋白石”。当细细观看欧泊时，你会发现蛋白石可以在浅蓝色、深蓝色、深绿色、深紫色等颜色之间来回变换。蛋白石也是宝石家族中真正的“色彩大师”。因为欧泊中的二氧化硅就像一个紧密的球体，在三维空间中排列整齐，形成一个天然的三维光栅；当白光照射时，随着入射角的变化，光波遇到障碍物时会偏离原来的直线传播方向，不同波长的单色光会继续衍射，所以我们可以看到彩色的光。

火彩——最耀眼的光芒

在评估一些宝石的质量时，业内人士经常使用“火”字。如果这种宝石非常耀眼，就意味着“火是最好的”。这里的“火”不是点燃的火焰，也不是矿物学上的“光泽”，而是光线变化引起的特殊效果。例如，钻石（金刚石）具有很强的分散能力。这就是说，当一束白光被反射或透射到一块刻面宝石中时，由于不同颜色的白光具有不同的波长，它们将具有不同的折射率，因此白光被分解并呈现出一系列的色谱图。这种现象称为色散效应。当一些切割较好的钻石旋转时，由于观察者、光源和宝石的相对位置发生变化，这种奇特的光就会闪烁。这种现象被称为“宝石闪烁效应”。

当色散效应和闪光效应同时显示时，它就变成了“火彩”，即反射出色彩斑斓的奇异色光。“火色”越浓烈，宝石的颜色就越艳丽迷人。这就要求宝石的材料不仅要有足够高的色散值，还要有合适的切割和设计。切割面的数量和面与面之间的夹角必须符合宝石的光学特性。只有这样，内部火的颜色才能充分显示出来。例如，金刚石的折射率为2.417，色散值为0.044。科学家发现翠榴石（石榴石的一种）的分散能力比钻石强。其折射率为1.888，色散值为0.057。经过精心的设计和切割，翠榴石可以表现出比钻石更强烈的火色，因此被誉为“世界上最耀眼的宝石”。

猫眼——黑暗中的“精灵”

斯里兰卡是印度洋的一个岛国，盛产一种特殊的宝石。工匠们把宝石的顶部切割成弧形。在光线下，宝石中会出现一条明亮的光带。当宝石旋转时，光带会闪烁。人们称这种闪光为“活生生的光”，它就像黑暗中的猫眼，闪烁着一抹亮光。在宝石学中，这种特殊的光学现象被称为猫眼效应。这种宝石叫猫眼石。斯里兰卡的猫眼石实际上是一种金绿宝石，是一种非常稀有的铍和氧化铝矿物。具有猫眼效应的金绿宝石是宝石中的珍品。事实上，具有猫眼效应的不只是猫眼石。还有一些红柱石、磷灰石、蓝宝石、虎眼石、石英、电气石和坦桑石等宝石也有猫眼效应。例如，澳大利亚猫眼石实际上就是黑色欧泊。

猫眼效应是如何产生的？在矿物形成过程中，有些矿物偶尔会带有平行排列的长包裹体，或含有一些紧密平行排列的纤维。如果将这些矿物切割抛光成圆顶状，强光通过矿物时，会通过光线的反射和散射，产生一条又窄又亮的光带。宝石技术人员的经验是，为了产生理想的猫眼效果，宝石应切割研磨成弧形，宝石底部应与内含物和纤维平行，内含物和纤维应尽量位于宝石中间。

蓝宝石

这种星光效应只出现在切割研磨后的半球形或椭圆形凸面宝石上。最典型的是红宝石和蓝宝石。它们大多有六个放射状星光，简称“六个放射状星光”，偶尔也有“十二个放射状星光”；有些宝石，如尖晶石、石榴石、堇青石、蓝晶石等，也有“星光”，看上去很吸引人。有人可能会问：星光效应能否作为判断宝石真伪的依据？从今天的观点来看，这是做不到的。因为具有星光效应的天然宝石非常稀有，售价昂贵。为了使普通宝石产生星光效果，珠宝商付出了巨大的努力并取得了成功。起初，有人在天然宝石表面找到合适的位置，然后雕刻出几组平行的划痕，这样就可以人为地创造星光效果。然而，很明显，假星光效应是以破坏宝石表面为代价的。

后来，随着人造宝石数量的不断增加，人造星光宝石也出现在市场上。相比之下，天然宝石星光的这种效果看起来像是从宝石内部发射出来的，光线是自然的；而人造宝石的星光是“画”在宝石表面的，光线则是暗淡的，所以人造宝石的价格要低得多。星光——璀璨的星空试想一下，如果宝石中长包裹体的平行排列或纤维的紧密平行排列不仅仅是一组，而是两组或三组，会发生什么？

在强光中，你会发现那些狭窄、明亮的光带交叉在一起，像夜空中闪亮的星星，神秘而充满魅力。世界上最出名的蓝宝石被称为“昆士兰黑星”。这颗蓝宝石之所以如此出名，不仅是因为它体积大，切割后仍重达733克拉，还因为在光线的照射下，宝石顶部有6条交叉的亮线打磨成弧形。这种现象被称为宝石的星光效应。

磷光——夜明珠的“真相”

据说随国（今湖北随州）“随候”有一天在外出途中遇到一条大蛇。蛇受了重伤，在路上挣扎。“随候”不忍，赶紧让人给蛇包扎，然后将其放生。几天后，蛇康复了，来到了“随候”的住处。蛇说它是龙王的儿子。随即献上一颗夜明珠来报答“随候”对他的厚恩。东晋史学家干宝在其小说集《搜神记》中，对“随候”获得的夜明珠作了如下描述：“径盈寸，纯白而夜光，可以烛室。”，李斯曾写道：“陛下有随和之宝，垂明月之珠。”这说明，“随候”的夜明珠之后连同和氏璧都被秦始皇所得。据说这些宝藏可能藏在秦始皇陵里。地方志《三秦记》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”。

然而，什么是“随候珠”？后来的历史学家只能根据史料进行推测。有人认为是珍珠，有人说是玻璃，也有人说是钻石。目前，人们普遍接受的说法是萤石。这不仅是因为湖北随州北部有萤石矿床；更重要的是，萤石确实是一种发光矿物。矿物的发光特性有两种：一是由于外部能量的激发，矿物会发光；但当外部激发能量停止时，矿物就会停止发光，这就是荧光。第二，矿物由于外部能量的激发而发光。如果外界能量的激发停止，矿物发光现象可以持续一段时间，称为磷光。有些萤石中含有硫化砷，白天经过阳光照射或加热后，会产生磷光效应；晚上硫化砷会缓慢释放能量，产生微弱的光，持续数小时。据此推断，古夜明珠可能就是这种具有磷光效应的萤石。在古代，人们发现一座小山上总有许多眼镜蛇。为了弄清眼镜蛇聚集在这里的原因，人们日夜观察，后来发现在黑夜里，这里的岩石会发出微弱的光，许多趋光性昆虫聚集在这里。因为有许多飞虫，青蛙就会来找食物。于是，喜欢吃青蛙的眼镜蛇也来了。事实上，发光的岩石是萤石。萤石的中文名字的起源一定正是人们所联想到的发光萤火虫。

总之，宝石的各种光学效应都是由其内部结构引起的光的反射、折射、散射、干涉、衍射等现象引起的。在宝石不同的颜色、光泽、透明度和形状的背景下，光学物理现象被梦幻般地呈现出来。

荧光——被激发的冷光

使用过纸币检测仪的人应该记住这样一个场景：当用检测仪的紫外线照射纸币时，真正的纸币会显示出肉眼通常看不见的亮光。这是利用荧光物质在紫外光下发光的原理制成的。1824年，矿物学家莫斯注意到一些萤石在紫外线照射下呈现出与阳光下完全不同的颜色。1852年，数学家兼物理学家斯托克斯发现了荧光的存在。后来，地质学家发现了一些具有荧光特征的矿物，如金刚石在紫外光或X射线照射下发出天蓝色或紫色荧光，纤锌矿在紫外光照射下发出亮绿色荧光，铀矿在紫外光照射下发出非常微弱的黄绿色荧光。

现在，人们已经明确了矿物中荧光产生的原理：当高能短波长光注入萤石时，萤石中的电子会吸收能量，从基态向高能跃迁；而高能态的电子极不稳定，会从高能跃迁能级到低能级，从而释放能量并发射荧光。这种现象称为荧光效应。萤石之所以能发出荧光，是因为它含有一些稀土元素，如稀土元素钇和铈，可以取代萤石中的一小部分钙离子。由于这些微量元素没有完全整合到晶体结构中，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荧光。