如果說石頭是“大自然”造的，那麼礦物晶體寶石則是“大自然”用尺子測量和精心設計的。作為礦物中稀有的寶石，經過億萬年的水火洗禮，它們以最美的姿態展現在人類面前。寶石的美不僅在於材料美、色彩美、工藝美，還在於某些寶石特殊的光學效果，可以稱之為“美中之美”。一般來說，寶石的光學效應主要包括火色效應、變色效應、貓眼效應、星光效應、熒光效應和磷光效應。接下來，讓我們一個一個的來欣賞。
變彩——絢麗的彩虹
和氏璧，中國歷史上最傳奇的美玉，被稱為“側而視之色碧，正而視之色白”。這意味著，如果你從不同的角度看鶴壁，你會看到不同的顏色。遺憾的是，和氏璧後來下落不明。我們只能根據古人的描述來推斷它的成分。有學者認為和氏璧應該是月光石，也有學者認為是歐泊（蛋白石）。月光石又稱月長石，含有鈣、鈉、鋁、矽等元素。當我們從不同的角度觀察它時，我們可以看到它從白色到淡藍色的變化，就像朦朧的月光一樣，所以它被稱為月光石。其原因是月光石中含有鈣長石和鈉長石兩種礦物。在鈣長石的晶格中，鈉長石分子被定向成細小的包裹體，引起光散射和干涉，導致寶石顏色的變化。
歐泊主要由含水二氧化矽組成，也稱為“蛋白石”。當細細觀看歐泊時，你會發現蛋白石可以在淺藍色、深藍色、深綠色、深紫色等顏色之間來回變換。蛋白石也是寶石家族中真正的“色彩大師”。因為歐泊中的二氧化矽就像一個緊密的球體，在三維空間中排列整齊，形成一個天然的三維光柵；當白光照射時，隨著入射角的變化，光波遇到障礙物時會偏離原來的直線傳播方向，不同波長的單色光會繼續衍射，所以我們可以看到彩色的光。
火彩——最耀眼的光芒
在評估一些寶石的質量時，業內人士經常使用“火”字。如果這種寶石非常耀眼，就意味著“火是最好的”。這裡的“火”不是點燃的火焰，也不是礦物學上的“光澤”，而是光線變化引起的特殊效果。例如，鑽石（金剛石）具有很強的分散能力。這就是說，當一束白光被反射或透射到一塊刻面寶石中時，由於不同顏色的白光具有不同的波長，它們將具有不同的折射率，因此白光被分解並呈現出一系列的色譜圖。這種現象稱為色散效應。當一些切割較好的鑽石旋轉時，由於觀察者、光源和寶石的相對位置發生變化，這種奇特的光就會閃爍。這種現象被稱為“寶石閃爍效應”。
當色散效應和閃光效應同時顯示時，它就變成了“火彩”，即反射出色彩斑斕的奇異色光。“火色”越濃烈，寶石的顏色就越豔麗迷人。這就要求寶石的材料不僅要有足夠高的色散值，還要有合適的切割和設計。切割面的數量和麵與面之間的夾角必須符合寶石的光學特性。只有這樣，內部火的顏色才能充分顯示出來。例如，金剛石的折射率為2。417，色散值為0。044。科學家發現翠榴石（石榴石的一種）的分散能力比鑽石強。其折射率為1。888，色散值為0。057。經過精心的設計和切割，翠榴石可以表現出比鑽石更強烈的火色，因此被譽為“世界上最耀眼的寶石”。
貓眼——黑暗中的“精靈”
斯里蘭卡是印度洋的一個島國，盛產一種特殊的寶石。工匠們把寶石的頂部切割成弧形。在光線下，寶石中會出現一條明亮的光帶。當寶石旋轉時，光帶會閃爍。人們稱這種閃光為“活生生的光”，它就像黑暗中的貓眼，閃爍著一抹亮光。在寶石學中，這種特殊的光學現象被稱為貓眼效應。這種寶石叫貓眼石。斯里蘭卡的貓眼石實際上是一種金綠寶石，是一種非常稀有的鈹和氧化鋁礦物。具有貓眼效應的金綠寶石是寶石中的珍品。事實上，具有貓眼效應的不只是貓眼石。還有一些紅柱石、磷灰石、藍寶石、虎眼石、石英、電氣石和坦桑石等寶石也有貓眼效應。例如，澳大利亞貓眼石實際上就是黑色歐泊。
貓眼效應是如何產生的？在礦物形成過程中，有些礦物偶爾會帶有平行排列的長包裹體，或含有一些緊密平行排列的纖維。如果將這些礦物切割拋光成圓頂狀，強光透過礦物時，會透過光線的反射和散射，產生一條又窄又亮的光帶。寶石技術人員的經驗是，為了產生理想的貓眼效果，寶石應切割研磨成弧形，寶石底部應與內含物和纖維平行，內含物和纖維應儘量位於寶石中間。
藍寶石
這種星光效應只出現在切割研磨後的半球形或橢圓形凸面寶石上。最典型的是紅寶石和藍寶石。它們大多有六個放射狀星光，簡稱“六個放射狀星光”，偶爾也有“十二個放射狀星光”；有些寶石，如尖晶石、石榴石、堇青石、藍晶石等，也有“星光”，看上去很吸引人。有人可能會問：星光效應能否作為判斷寶石真偽的依據？從今天的觀點來看，這是做不到的。因為具有星光效應的天然寶石非常稀有，售價昂貴。為了使普通寶石產生星光效果，珠寶商付出了巨大的努力並取得了成功。起初，有人在天然寶石表面找到合適的位置，然後雕刻出幾組平行的劃痕，這樣就可以人為地創造星光效果。然而，很明顯，假星光效應是以破壞寶石表面為代價的。
後來，隨著人造寶石數量的不斷增加，人造星光寶石也出現在市場上。相比之下，天然寶石星光的這種效果看起來像是從寶石內部發射出來的，光線是自然的；而人造寶石的星光是“畫”在寶石表面的，光線則是暗淡的，所以人造寶石的價格要低得多。星光——璀璨的星空試想一下，如果寶石中長包裹體的平行排列或纖維的緊密平行排列不僅僅是一組，而是兩組或三組，會發生什麼？
在強光中，你會發現那些狹窄、明亮的光帶交叉在一起，像夜空中閃亮的星星，神秘而充滿魅力。世界上最出名的藍寶石被稱為“昆士蘭黑星”。這顆藍寶石之所以如此出名，不僅是因為它體積大，切割後仍重達733克拉，還因為在光線的照射下，寶石頂部有6條交叉的亮線打磨成弧形。這種現象被稱為寶石的星光效應。
磷光——夜明珠的“真相”
據說隨國（今湖北隨州）“隨候”有一天在外出途中遇到一條大蛇。蛇受了重傷，在路上掙扎。“隨候”不忍，趕緊讓人給蛇包紮，然後將其放生。幾天後，蛇康復了，來到了“隨候”的住處。蛇說它是龍王的兒子。隨即獻上一顆夜明珠來報答“隨候”對他的厚恩。東晉史學家幹寶在其小說集《搜神記》中，對“隨候”獲得的夜明珠作了如下描述：“徑盈寸，純白而夜光，可以燭室。”，李斯曾寫道：“陛下有隨和之寶，垂明月之珠。”這說明，“隨候”的夜明珠之後連同和氏璧都被秦始皇所得。據說這些寶藏可能藏在秦始皇陵裡。地方誌《三秦記》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”。
然而，什麼是“隨候珠”？後來的歷史學家只能根據史料進行推測。有人認為是珍珠，有人說是玻璃，也有人說是鑽石。目前，人們普遍接受的說法是螢石。這不僅是因為湖北隨州北部有螢石礦床；更重要的是，螢石確實是一種發光礦物。礦物的發光特性有兩種：一是由於外部能量的激發，礦物會發光；但當外部激發能量停止時，礦物就會停止發光，這就是熒光。第二，礦物由於外部能量的激發而發光。如果外界能量的激發停止，礦物發光現象可以持續一段時間，稱為磷光。有些螢石中含有硫化砷，白天經過陽光照射或加熱後，會產生磷光效應；晚上硫化砷會緩慢釋放能量，產生微弱的光，持續數小時。據此推斷，古夜明珠可能就是這種具有磷光效應的螢石。在古代，人們發現一座小山上總有許多眼鏡蛇。為了弄清眼鏡蛇聚集在這裡的原因，人們日夜觀察，後來發現在黑夜裡，這裡的岩石會發出微弱的光，許多趨光性昆蟲聚集在這裡。因為有許多飛蟲，青蛙就會來找食物。於是，喜歡吃青蛙的眼鏡蛇也來了。事實上，發光的岩石是螢石。螢石的中文名字的起源一定正是人們所聯想到的發光螢火蟲。
總之，寶石的各種光學效應都是由其內部結構引起的光的反射、折射、散射、干涉、衍射等現象引起的。在寶石不同的顏色、光澤、透明度和形狀的背景下，光學物理現象被夢幻般地呈現出來。
熒光——被激發的冷光
使用過紙幣檢測儀的人應該記住這樣一個場景：當用檢測儀的紫外線照射紙幣時，真正的紙幣會顯示出肉眼通常看不見的亮光。這是利用熒光物質在紫外光下發光的原理製成的。1824年，礦物學家莫斯注意到一些螢石在紫外線照射下呈現出與陽光下完全不同的顏色。1852年，數學家兼物理學家斯托克斯發現了熒光的存在。後來，地質學家發現了一些具有熒光特徵的礦物，如金剛石在紫外光或X射線照射下發出天藍色或紫色熒光，纖鋅礦在紫外光照射下發出亮綠色熒光，鈾礦在紫外光照射下發出非常微弱的黃綠色熒光。
現在，人們已經明確了礦物中熒光產生的原理：當高能短波長光注入螢石時，螢石中的電子會吸收能量，從基態向高能躍遷；而高能態的電子極不穩定，會從高能躍遷能級到低能級，從而釋放能量併發射熒光。這種現象稱為熒光效應。螢石之所以能發出熒光，是因為它含有一些稀土元素，如稀土元素釔和鈰，可以取代螢石中的一小部分鈣離子。由於這些微量元素沒有完全整合到晶體結構中，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熒光。
