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《西游記》故事中“水晶宮”水晶的顏色為什么這么豐富多彩？水晶和玻璃怎么鑒別？實際上有水晶建筑嗎？水晶又為什么差點成為潛艇克星？一起讀掃盲貼，認識一下這個熟悉的陌生人。本文摘自《石頭記》，經(jīng)彭派新北京大學(xué)出版社許可發(fā)表。

在古人眼里，水晶是“千年的冰花”、“水的精靈”，是建造水下龍宮的材料，嘴里只裝一片就能解渴，甚至有人相信通過它可以看到千里之外的世界。水晶是什么？真的和水有關(guān)嗎？

受精和受精

《山海經(jīng)》記載著“法庭山上有很多水屋”，南宋詩人楊婉麗有一首詩：“西湖夜勝夸冰，半年變成了陳秀晶?！边@里的“秀玉”和“水晶”都是水晶的別名。屈原曾作詩贊美水晶說?！吧狭死錾?，就吃玉英，和天空、大地一起生活，和太陽、月亮一起發(fā)光。”這里的玉英也是水晶的別名。當(dāng)代詩人崔玉寫詩贊美水晶制作的枕頭?！扒攴e雪萬年冰，手掌的初創(chuàng)力量是不可戰(zhàn)勝的。在哪里可以知道南國？北方的寒氣凝固在其中?！边@首詩非常形象地描述了水晶的特殊魅力。好像千年的雪，萬年的冰化的美玉，清澈的晶體，容納了南方秀美宜人的風(fēng)景和北方的清爽。構(gòu)成了美麗晶體中的世界。(莎士比亞。哈姆雷特。)

關(guān)于修正的早期認識，中西方的觀點基本一致。羅馬人在阿爾卑斯山首次發(fā)現(xiàn)水晶，據(jù)說山高陡，四季積雪，水晶變成了冰。

石英和石英

我們現(xiàn)在知道，水晶與水沒有太大關(guān)系，不一定是無色透明的。從其礦物成分來看，它是石英，即二氧化硅，化學(xué)式只有SiO2。這種礦物是地球上數(shù)量最多的礦物之一，按體積計算，石英礦物占總地殼的11.9%。我們踩在海邊的沙灘上時，腳下細膩的沙粒大部分是硅膠。但是晶體完美的石英超越了凡俗，成為了最純粹的寶石。水晶不僅深受古人的喜愛，還受到現(xiàn)代人的推崇。小塊可以做成吊墜、耳釘，大塊可以做成觀相席，擺在家里，反映了文人墨客、智者、樂手、樂山的閑情逸致，可謂各有樂趣。今天，日本、瑞典、瑞士、烏拉圭等國家都以水晶為國石。

水晶家族不僅在地球上分布廣泛，而且顏色多樣多彩。除了純凈無瑕的透明水晶外，還有乳白色的“乳石英”、紫色的“紫水晶”、金黃色或檸檬色的“黃精”、淡粉色的“玫瑰水晶”、“紅色”。

原冠水晶，清澈透明是最大的特點。當(dāng)我們靠近時，會發(fā)現(xiàn)水晶的晶體有規(guī)則的六角柱狀，有的一端尖，有的兩端尖，還有多個長圓柱連接在一起，像盛開的花朵一樣美麗。為什么會這樣？

從礦物學(xué)的角度來看，不同的晶體有不同的形態(tài)，有的是針狀，有的是片狀，有的是粒狀，還有的是柱子。這主要取決于晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但是一般來說，我們很難觀察到規(guī)律的單晶形態(tài)，因為晶體的生長受溫度、壓力、溶液濃度等物理化學(xué)條件及空間情況的影響。如果條件合適，水晶可以長得很大。(大衛(wèi)亞設(shè)，Northern Exposure(美國電視劇)，Kinession記載的“最昂貴的浴缸”是一款完整的水晶產(chǎn)品，長約2米，重約2噸，直接從重達10噸的水晶上剪下，在倫敦著名的Harrose百貨公司銷售，標價為84.5萬美元。我國新疆、內(nèi)蒙古、江蘇、海南等省都有水晶產(chǎn)量，其中以江蘇東?？h的水晶最為著名。東海縣內(nèi)已探明的天然水晶儲量約為30萬噸，多種多樣，質(zhì)地純正，被稱為“水晶之都”，1958年曾在這里發(fā)現(xiàn)過超過4噸的“水晶王”。目前東海縣已成為世界著名的天然水晶原料集散地。

當(dāng)區(qū)域深處有洞時，如洞穴、巖石裂縫等，在含有飽和硅的地下水環(huán)境中，在有適當(dāng)條件的情況下，如有2 ~ 3個氣壓的壓力，水溫在500 ~ 600之間，二氧化硅在溶液中自發(fā)生成結(jié)晶亞，過飽和溶液中的二氧化硅分子附著在結(jié)晶亞上。最終的決定成為一個長的六字柱型美麗的水晶，大量的單晶向著自由空間發(fā)展，形成集合體，這就是晶體集群結(jié)構(gòu)。因為是在洞內(nèi)形成的，所以這種結(jié)構(gòu)是結(jié)晶的。1900年在南美洲的巴西發(fā)現(xiàn)的罕見水晶洞，水晶洞深度9.7米，寬1.9米，高0.9米，洞內(nèi)水晶體總重量達35噸，其規(guī)模可以說是世界上最大的。在我國湖南省楊縣上堡黃鐵礦區(qū)也發(fā)現(xiàn)過長8米、寬1.7米、高1.6米的巨型水晶洞，規(guī)模大、形態(tài)漂亮非常罕見。今天，很多人都相信子夜洞有自我同一性、邑宅邪惡的意思，所以喜歡把大子夜洞一分為二，放在家里客廳或辦公室里，成為現(xiàn)在流行的風(fēng)水石。

色彩和能源

水晶的顏色為什么這么豐富多彩？很多學(xué)者提出了不同的觀點。比如煙晶之類的水晶，在手表和里面鉆著煙光，甚至暗棕色，就像被黑煙熏黑了一樣，有些煙晶的顏色可以變黃，被稱為“深情”，顏色暗的話被稱為“墨晶”。有人主張，煙晶變黑是因為含有少量碳?！兜刭|(zhì)大辭典》中對煙艇的解釋是“色素含量高”

碳所致，黑的深淺決定于碳的多少，全黑者稱墨晶。”但凡提到墨字，我們自然而然地會想到碳，但隨著研究的不斷深入，有人對此提出了質(zhì)疑。

類似于紫晶，長期以來人們認為紫晶的紫色是雜質(zhì)元素鐵或錳、鈦等混入引起的“他色”，雜質(zhì)含量的多少影響紫色的深淺，但是后來的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紫晶被加熱到450～500℃時，紫色會消退并變?yōu)辄S色，所以也有人認為紫晶的顏色只是因為內(nèi)部鐵離子的電子層發(fā)生變化所引起的光學(xué)現(xiàn)象。同樣的，有人對煙晶進行加熱，當(dāng)達到225℃時，煙晶開始慢慢褪色，隨著溫度不斷升高，褪色速度也加快，直至變?yōu)闊o色。

這表明，水晶的顏色變化肯定和能量有著密切的關(guān)系。

我們知道，礦物晶體的結(jié)構(gòu)是在空間范圍內(nèi)周期性的重復(fù)排列，但有時候，某種雜質(zhì)的出現(xiàn)會在某一個或幾個結(jié)點上將這種重復(fù)性排列的晶體結(jié)構(gòu)破壞掉，比如，石英晶體中原本是二氧化硅，但有時候其中的硅Si4+會被鋁Al3+所代替，此時，正電荷較少的陽離子進入晶格中代替了正電荷較多的陽離子，從而會導(dǎo)致局部電中性遭到破壞，在受到外界X射線、γ射線、中子轟擊時，晶體損傷形成晶格缺陷，這些微觀的缺陷就可以束縛電子或形成可見光的吸收中心，從而在晶體中引起顏色的變化。

1979年，一位學(xué)者采用鈷-60對一種無色水晶進行輻射處理之后，竟然真的將其變成了煙晶，這是人類首次通過實驗的方式證實了以前的猜想。這位學(xué)者所采用的鈷-60是一種放射性金屬元素鈷的同位素，它可以通過β衰變釋放出較強的能量和γ射線。實驗中采用的無色水晶也是其中含有少量鋁的石英晶體。

由此人們得知，煙晶之所以呈現(xiàn)出煙黃色或暗褐色，既與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與外界輻射有關(guān)。天然產(chǎn)出的煙晶應(yīng)該是那些含有少量鋁的無色水晶，在地下遭受了放射性輻射之后形成的。當(dāng)然，作為擺放在家里的寶石工藝品，經(jīng)過檢驗的煙晶即使殘留有放射性，其能量也很小，是不足以危害到人體健康的。

水晶與玻璃

在《西游記》中，齊天大圣孫悟空多次勇闖龍宮。那龍宮是用奇珍異寶建造而成，裝飾有各種玉石和珊瑚，其中最吸引人的還是晶瑩剔透的水晶。它們將龍宮裝扮得極其富麗堂皇，因此，龍宮又叫“水晶宮”?，F(xiàn)實中是否真的有這樣的水晶建筑呢？

我國南朝宋時期的歷史學(xué)家范曄所著《后漢書》中記載“大秦國宮室皆以水精為柱”。雖然不能與龍王的水晶宮相媲美，但根據(jù)那高大的水晶柱我們?nèi)匀豢梢韵胂蟮贸銮貙m的奢華。在玻璃尚未普遍使用的時候，水晶是皇家貴族才能用得起的珍貴飾品。唐朝李白有首反映宮女哀怨的詩，題為《玉階怨》，詩中寫道：“玉階生白露，夜久侵羅襪。卻下水精簾，玲瓏望秋月。”這其中的簾子即為水晶制成。

外表看起來，水晶和玻璃相似，但實際上二者差別很大。水晶是礦物晶體，內(nèi)部質(zhì)點排列有序，而玻璃是非晶體，內(nèi)部質(zhì)點排列無序。水晶的熱導(dǎo)性能很強，它能把熱量很快傳到別的地方，倘若把水晶握在手心里，手上的熱很快就傳到水晶的各處，我們會感到很涼，換成玻璃則會相對較溫暖。生活中我們經(jīng)常會遇到這樣的事情，將滾燙的開水倒進冷玻璃杯中，杯子很容易炸裂，原因就在于玻璃導(dǎo)熱慢，內(nèi)外溫度不均勻，導(dǎo)致熱脹冷縮也不均勻，從而炸裂，而水晶做成的杯子卻不會出現(xiàn)這樣的情況。

日本奈良的中宮寺，曾經(jīng)發(fā)生過一件離奇的事情。這座寺廟中供奉著一尊高6米的觀音菩薩像，雕像是由一整棵檜木雕刻而成。1987年的一天，當(dāng)一群虔誠的佛教徒正在菩薩像前燒香磕頭時，突然有人發(fā)現(xiàn)，菩薩像的雙眼竟然流出了淚水。經(jīng)科學(xué)家實地考察后發(fā)現(xiàn)，原來制作這座雕像的木頭吸水能力很強，濕氣凝聚卻無法排出，而雕像的眼睛并非木頭，而是天然水晶，水晶導(dǎo)熱快，表面清涼，水汽碰到水晶易液化成水，一旦眼眶內(nèi)儲水過多便會自動流出。

鑒別水晶和玻璃的簡單方法是：透過它們來觀察對面的事物，比如頭發(fā)絲，如果能看到頭發(fā)絲呈現(xiàn)出雙影，這就是水晶，否則就是玻璃，因為水晶對光線具有明顯的雙折射性。隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，人們制造出了性能特殊的水晶玻璃，這是一種只含有二氧化硅單一成分的特種玻璃，耐高溫、耐腐蝕，可作為國防工業(yè)、冶金、化工和建筑等行業(yè)的重要原材料。

險些成了潛艇克星

水晶因其特殊的美學(xué)價值常成為名貴的工藝品雕刻材料，但這只是水晶家族中的一個應(yīng)用領(lǐng)域，水晶的工業(yè)價值遠不止如此。

在工業(yè)上，由于水晶硬度較大，莫氏硬度為7，僅次于金剛石（莫氏硬度為10）、剛玉（莫氏硬度為9）和黃玉（莫氏硬度為8），抗風(fēng)化能力強，研磨之后的石英粉可以做成金屬拋光劑，常應(yīng)用于研磨機、噴砂機中。

1880年，法國化學(xué)家皮埃爾?居里和雅克?居里兄弟倆發(fā)現(xiàn)了水晶的一個奇怪現(xiàn)象，當(dāng)這種晶體某一方向上受到壓應(yīng)力或者張應(yīng)力的作用時，會導(dǎo)致垂直于應(yīng)力的兩邊表面上產(chǎn)生正負相反的電荷，如果機械壓力一壓一張交替作用，就可以產(chǎn)生交變電場，這就是著名的“壓電效應(yīng)”。

可是這種物理性質(zhì)有什么用途呢？可別小看了它，在戰(zhàn)爭中水晶的壓電效應(yīng)發(fā)揮過重要的作用。第一次世界大戰(zhàn)期間，屬于同盟國的德國使用了水下利器——潛艇，給協(xié)約國造成了重大打擊。如何準確發(fā)現(xiàn)并定位神出鬼沒的德國潛艇，成為一大難題。物理學(xué)家根據(jù)聲波可以在水中傳播很遠、衰減很小的特點，發(fā)明了一種回聲探測器，而回聲探測器中最重要的部分是換能器，它能夠?qū)⒙暷芘c其他形式的能，如機械能、電能相互轉(zhuǎn)化，這必須要求具有很高的敏感度，材料的選取至關(guān)重要。法國著名物理學(xué)家保羅?朗之萬想到了居里兄弟發(fā)現(xiàn)的壓電效應(yīng)，于是就找來一塊石英晶體做成換能器，經(jīng)過試驗，成功地搜尋到了海底潛艇的回波。這項偉大的發(fā)明讓協(xié)約國欣喜若狂，為了制造回聲探測器，就連英國地質(zhì)博物館的水晶展品都被搜羅一空，甚至水晶眼鏡商人也奉獻出了他們的存貨。不過，稍微讓人覺得有點遺憾的是，這項發(fā)明有點太晚了，還沒有來得及在戰(zhàn)爭中大顯身手，德國就已戰(zhàn)敗，第一次世界大戰(zhàn)就結(jié)束了。盡管如此，水晶壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和回聲探測器的發(fā)明對后來聲吶技術(shù)的發(fā)展起到了重要推動作用。

如今，水晶被廣泛用于制造高精度的壓電石英元件，比如諧振器、濾波器等，它們都是現(xiàn)代國防、電子工業(yè)中的重要部件；有些水晶可以用來制造石英折射計、光譜儀等高級光學(xué)儀器。

《石頭記》，馬志飛著，北京大學(xué)出版社2016年10月。