地球上顏色最豐富的寶石

在 1986 年 11 月，五名澳洲礦工爬上了瘋狂丘，向下鑽入二十公尺。他們的得到的獎勵是拳頭大小，打破記錄的蛋白石，他們稱它為哈雷慧星蛋白石。因為一項叫做「變彩」的特性，讓每個蛋白石都不一樣。所以，是什麼造成如此鮮明的顏色呈現？傑夫．戴可夫斯基要帶大家探究蛋白石為什麼會有閃爍、飛舞的變彩。

完整課程連結：https://ed.ted.com/lessons/the-most-colorful-gemstones-on-earth-jeff-dekofsky
課程設計：傑夫．戴可夫斯基
導演：伊凡娜．波斯恩哈克、托馬斯．約翰遜

在 1986 年十一月的
一個黃道吉日，

五名澳洲礦工爬上了瘋狂丘——

叫瘋狂丘是因為在那裡挖礦的人
精神狀態都會步向發狂。

競爭對手挖掘二到五公尺深
尋找蛋白石，

而這個瘋狂丘團隊
向下鑽入二十公尺。

因為他們的大膽，
地球獎勵他們

破記錄的、有拳頭般大的蛋白石。

他們稱它為哈雷慧星蛋白石，

因為當時有另一塊更大的
結冰石頭正飛過地球上空。

哈雷慧星蛋白石是個奇蹟，

但矛盾的是，它的獨特性
正是它最尋常之處。

當鑽石、紅寶石、
綠寶石，及其他寶石

都相似到難以區別，

但蛋白石卻每顆都不一樣，

原因是一項叫做「變彩」的特性。

這種閃爍、耀眼、飛舞的光線呈現

會受到化學、地理、
光學三種因素的共同影響，

當蛋白石還在地下深處形成之初
這些因素就定義了它們的色彩。

蛋白石出人意料地誕生於一種
隨處可見的資源當中——水。

水從土壤和岩石的縫隙滴下來，

流過沙岩、石灰岩，以及玄武岩，

因而攜帶二氧化矽這種微小化合物。

這種富含矽的水流進各種縫隙，

包括火山岩、史前河床、木頭，
甚至古生物的骨駭。

漸漸地，水開始蒸發，

而矽溶液開始形成膠質，

在膠質中，數百萬個矽球體
開始一層一層形成，

變成同心圓式的殼。

最終，膠體變硬，
成為像玻璃的材料，

球體則沉澱，成為晶格結構。

大部分時候，這種結構是隨機的，

產生出普通無彩的蛋白石，

只有平凡的外觀。

有極小比例的珍貴蛋白石

會在部分區域中有大小一致的
矽珠形成整齊的陣列。

這些結構為什麼會產生
這麼鮮明的色彩呈現？

答案在於波的物理原則——干涉。

為了簡單解釋起見，
看看當單一顏色的光——

綠色，波長五百奈米——

射中珍貴的蛋白石時會如何。

綠光會在寶石內部四散，

並以不同的強度反射回來，

大部分角度是分散的光線，
有些則是非常暗淡，

其他則是耀眼奪目。

實際的狀況是，

有些綠光被最上層反射。

有些則是被再下面一層
反射，以此類推。

如果光從一層到下一層
再回來所走的額外距離

剛好是波長的倍數——

比如額外的五百或一千奈米——

波峰和波谷就會配對上。

這個現象叫做相長（建設性）干涉，

它會把波放大，產生更亮的顏色。

所以，如果你把眼睛放在對的角度，

從許多不同層反射
出來的綠光會合在一起。

稍微調整一下角度，

就會改變光在兩層之間行走的距離。

改變得夠多，就會達到某個點，

讓波峰對上波谷，

讓波彼此抵消——

那就是相消（破壞性）干涉。

不同顏色的光有不同的波長，

也就意味著它們若要產生相長干涉，

會需要走不同的距離。

那就是為什麼顏色大致上
會和矽珠大小有相應的關係。

兩百一十奈米矽珠之間的空間

正好適合放大藍光。

紅光的波長很長，

因此矽珠必須要隔開約三百奈米。

那要花非常多的時間才能形成，

因此，紅色是最罕見的蛋白石顏色。

同一塊蛋白石內的膠質
晶格的排列不同

會造成不同的顏色圖案——

從各種潑彩，到星火，

到超稀有的彩紋都有。

形成珍貴蛋白石的條件非常罕見，

以至產出的地方屈指可數。

95% 來自澳洲，

那裡古老的內海創造了完美的條件。

哈雷慧星蛋白石就是
一億年前左右在那裡形成的。

這就帶出了一個問題：
在接下來的一億年，

富含矽的水會浸透

一些人類文明廢棄文物的角落和裂縫。

這些被我們遺忘在黑暗中的東西，

將來有一天會散發出
什麼樣的蛋白石變彩？