寶石光學效應中的「兩束光」——熒光與磷光

有人說：「石頭是上帝隨手捏的，礦物晶體是上帝用尺子丈量著精心設計出來的。」作為礦物中極少數的寶石，更是難得的精品，歷經億萬年水與火的「洗禮」，寶石以其最美麗的姿態展現在人類面前。寶石之美，不僅在於材質之美、顏色之美、工藝之美，具有特殊光學效果的寶石，更是美中之美。

總的說來，寶石中的光學效應主要包括火彩效應、變彩效應、貓眼效應、星光效應、熒光效應和磷光效應等，今天小南主要來和大家聊一聊最後兩種——熒光效應與磷光效應。

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熒光：被激發的冷光

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用過驗鈔機的人應該記得這樣的現象：當你把人民幣放在驗鈔機的紫外線下進行照射時，真鈔上就會顯示出平時用肉眼看不到的亮光，這是利用了熒光物質在紫外線的照射下能夠發光的原理製成的。

熒光，最初就是在螢石身上發現的。1824年，德國礦物學家莫斯就已經注意到，有些螢石在紫外線照射下所呈現出的顏色完全不同於它在日光下的顏色。

1852年，英國數學家和物理學家斯托克斯，發現了熒光的存在。後來的地質學家陸續發現了一些具有熒光特點的礦物，如金剛石在紫外線或X射線照射下發天藍色或紫色熒光，硅鋅礦在紫外光下發鮮綠色熒光，硅鈣鈾礦在紫外光照射下能發出很弱的黃綠色熒光。

現在，我們已經搞清楚了礦物中熒光產生的原理，當高能量短波長光線射入到螢石中時，它的電子吸收能量後，會從基態躍遷至高能級，但是，處在高能級的電子極不穩定，會從高能級躍遷至低能級，從而釋放出能量發出熒光，這種現象被稱為熒光效應。螢石之所以能發出熒光，是由於它含有其他一些罕見的金屬元素，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，由於這些微量元素並未完全融入其所在的晶體結構中，它們的電子結構處於不穩定狀態，更容易被激發，從而發出紫色或紅色的熒光。

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磷光：夜明珠的真相

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傳說在古代，隨國的君侯某日出遊途中遇到一條大蛇，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紮，然後將其放生。數日之後，這條大蛇身體痊癒，便來到隨侯住處，言其為龍王之子，特獻上夜明珠一顆以報答隨候的搭救之恩。

東晉史學家干寶在其所著的小說集《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」。李斯在《上始皇書》中曾寫有「陛下有隨和之寶，垂明月之珠」，這說明，隨侯的夜明珠之後連同和氏璧都被秦始皇獲得，但是它們最後卻不知所終了，有人說可能藏在秦始皇的墓葬中，地方志《三秦記》一書中記載：「始皇冢中，以夜光珠為日月，殿懸日月珠，晝夜光明。」這裡所謂的「日月珠」或許就是「隨候珠」。

可是，隨候珠是何物呢？後世的歷史學家只能根據史料進行推測，有人認為是珍珠，有人說琉璃，還有人說是金剛石。目前大家普遍接受的說法則是螢石。不僅僅因為湖北隨州北部確有螢石礦，更重要的是，螢石的確是可以發光的礦物。礦物的發光性有兩種情況：其一，礦物因受外界能量激發而發光。但當外界激發能量停止後，礦物即停止發光，這種光為熒光；其二，如果外界激發能量停止後，礦物發光還能持續一段時間，這種光被稱為磷光。

有些螢石中含有硫化砷，在白天陽光照射或經過加熱之後，可以產生磷光效應。它們到了晚上會慢慢釋放出能量，產生微弱的光芒，並能可以持續數小時之久。照此推斷，古人所說的夜明珠，可能就是這種具有磷光效應的螢石。

在古印度，有人發現在一個小山崗上，總是有很多眼鏡蛇，為了查明眼鏡蛇聚集在這裡的原因，人們晝夜觀察，後來發現，在漆黑的夜晚，這裡的岩石會發出微微的亮光，許多具有趨光性的昆蟲聚集於此，得知這裡小飛蟲眾多，青蛙也趕來覓食，於是喜歡吃青蛙的眼鏡蛇也不斷前來飽餐一頓。其實，這裡會發光的岩石就是螢石。

寶石的各種光學效應，都是由於其內部結構造成的光的反射、折射、散射、干涉、衍射等現象，在寶石顏色、光澤、透明度及外形的襯托之下，將光學物理現象展現得如夢似幻。

GIA、IGI及Gubelin認證寶石專家

小南

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