早在距今1.8萬年前的北京周口店山頂洞人的遺址中，人們就發現了用動物的牙齒和骨骼串成的項鏈裝飾，這恐怕是人類最早期的“寶石制品”。寶石具有美麗、稀少、耐久的特點，自然界中發現的礦物超過3000種，但可以做寶石原料的僅230多種，國際珠寶市場上的中高檔寶石不過20多種，可見礦物巖石必須具備一定的條件才能成為寶石，寶石是眾多礦物巖石的精華，鉆石、藍寶石、翡翠是寶石界的經典代表。
美麗是寶石具有昂貴價值的首要條件，寶石與光是如何作用，才擁有了璀璨的光芒呢？
火彩，令無色鉆石成為寶石之王
鉆石本身是沒有顏色的，但在陽光照射下會呈現五彩斑斕的色彩效果，這現象被稱為火彩。產生火彩的根本原因是鉆石的色散效應比較強烈。當白光通過玻璃制成的棱鏡時，棱鏡會使光產生偏折，棱鏡偏折不同顏色光的能力是不同的，導致各色光散開，這就是光的色散效應。
（光通過三棱鏡的色散效應）
圖片來源：VEER圖庫
色散值被用于評估材料色散效應的強弱，色散效應弱的材料，光通過后色彩分散不多，色散值低，反之色散值高。玻璃的色散值大概是0.009，而鉆石的色散值達到了0.044，相比之下，藍寶石的色散值僅為0.018。本身不具備顏色的鉆石，加上極高的色散值，呈現出的火彩令人驚艷，加上精湛的切割打磨工藝，能使得火彩體現的更加淋漓盡致。拿普通透明玻璃，切割成鉆石的形狀，也能形成比較好看的火彩。
（鉆石的璀璨光芒）
圖片來源：VEER圖庫
色散能力強在寶石上是好事，不過在眼鏡鏡片中或是光學鏡頭中卻是需要被校正的光學缺陷，如果眼鏡鏡片的色散值過高，物體邊緣會有彩色的邊，使用具有色散的鏡頭拍出的照片，物體的邊緣會出現紫邊。
貓眼與星光效應，光芒靈動
一些寶石在光線的照射下會出現一條明亮的光帶，光線移動，亮帶也會隨著移動，這種光澤和貓的眼睛類似，這種光學效應被稱為貓眼效應，這類寶石又被稱為貓眼石。
圖片來源：VEER圖庫
貓眼石圖源：https://gemkeepers.com/
天然寶石是在復雜的地質環境中形成的，外來雜質的混入，溫度壓力的變化都會對寶石的生長產生影響，都會在寶石的內部留下一定的痕跡，這些痕跡被稱為包體。貓眼石的內部存在一組密集，且平行定向排列的纖維狀包體（好比平行分布的細密條紋，尺寸大約0.01mm至0.1mm），這些包體對光線的折射與反射，產生的明亮光帶的效果。譬如貓眼藍寶石中存在二氧化鈦（又稱為金紅石）雜質，金紅石以細小纖維的形式排布在藍寶石中，光照下便生成條狀光斑。
星光效應，就是貓眼效應的升級版，具備星光效應的寶石內部包體是交叉分布的細密纖維，光照下，多條貓眼條紋組成了星光狀的條紋。
（星光藍寶石，圖源，wikipedia）
這類效應在生活中也很常見，雨天，汽車玻璃側窗經過升降后，表面會形成的細密水紋，這些條紋的作用好比貓眼石中的包體，在夜晚透過車窗觀察外邊的路燈時，會發現還有一條細長的橫向光斑伴隨著光源。類似地，當手機鏡頭不小心抹上油形成方向一致的條紋時，拍攝光源也會產生和條紋方向垂一致直的光斑（也可以是故意抹上油的，可以嘗試一下呦），這是光的散射效應，越細微的結構產生越大的散射角度：豎向條紋的橫向結構相比豎向結構要精細很多，所以在橫向產生大角度散射，形成橫向條紋。。
光源透過豎向條紋，會形成橫向的光斑
圖片來源：VEER圖庫
變彩效應，寶石中的天然微結構
寶石內部存在納米（100-300nm）量級的細小結構，光經過這些微結構時會產生干涉，衍射效應。形成彩色的斑點。
七彩歐珀
圖片來源：VEER圖庫
變彩效應最明顯的寶石當屬蛋白石，又稱為歐珀。歐珀是二氧化硅（玻璃的主要成分也是二氧化硅）的水合物，下圖中為歐珀的分子排布，二氧化硅小球排列規則，小球中間有空隙，這些空隙就好比天然的微結構，能夠使得光產生衍射，產生的顏色與排列周期和光的波長有關，宏觀看來就是形成彩色的光斑。根據空隙的大小不同，對光的衍射效應也有所不同，最終表現為色彩種類多少不同的歐珀，諸如七彩、五彩、三彩歐珀。
圖源：參考文獻一
生活中衍射現象也很多，比如DVD光盤，光盤表面有一圈一圈的刻痕，這些刻痕寬約500納米間距大約是700微米，在陽光照射下，光盤表面會有彩色的光斑，這就是光的衍射效應形成的。蝴蝶的翅膀上也遍布著微結構，閃蝶翅膀具有的靚麗藍色，同樣是光的衍射效應形成的。
人造寶石出場，寶石或許不再稀缺？
美好的東西所有人都會追求，但寶石的稀有屬性，又讓大家望而卻步。現今，技術發展讓人類也能夠創造出誕生寶石所需的苛刻條件，譬如高溫高壓法制造的人造鉆石，這類方法能夠模仿自然鉆石的形成過程，通過在極高溫度和高壓的情況下將石墨轉化為鉆石。所生產來的鉆石除了能應用在工業中（鉆石硬度極高，可以制成磨料），還能被加工成寶石。類似的，人造紅寶石、藍寶石等不僅在工業中得到廣泛應用，也讓大家能夠以更低的價格購買到漂亮的裝飾品。
結語
下次再欣賞寶石，想必會更加佩服大自然的“鬼斧神工”。
參考文獻：
[1]張蓓莉.系統寶石學[M].地質出版社,2006.
[2]曾廣策,朱云海,葉德隆.晶體光學及光性礦物學[M].中國地質大學出版社,2006.
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