Читаем Новый физический фейерверк полностью

Новый физический фейерверк

Одним из параметров, определяющим, насколько данный материал при освещении разлагает белый свет на цвета видимого спектра, является его дисперсия, или зависимость показателя преломления от длины волны (то есть цвета). Дисперсия у алмаза очень высокая, и поэтому он разлагает свет гораздо лучше стекла с низкой дисперсией. Это значит, что сделанный из стекла фальшивый бриллиант с большим числом граней будет блестеть, но искриться разными цветами не будет. Мерцание большого бриллианта гораздо красочнее, чем маленького, из-за того, что луч света проходит внутри крупного камня большее расстояние, в результате чего расхождение лучей разных цветов увеличивается.

6.95. Опалы

Чем обусловлена игра цвета опала? У опала механизм цветообразования должен быть не таким, как у алмаза, его дисперсия мала. Кроме того, у опала и сами цвета другие. Если вращать бриллиант под ярким источником белого цвета, он переливается всеми цветами радуги. А если так же вращать опал, разброс цветов будет небольшим. Что определяет различие между бесцветным и благородным черным опалом?

ОТВЕТ • Опал — это не кристалл, а аморфный кремнезем, оксид кремния, содержащий небольшое количество воды. Кремнезем собран в небольшие сферические глобулы (диаметром порядка 100 нм), которые упакованы плотно, как апельсины в ящике. В пространстве между этими сферами содержатся воздух, водяной пар и жидкая вода. Оптические свойства структуры из кремниевых сфер и пустот между ними зависят от размеров глобул. Белый свет, попавший внутрь опала, испытывает дифракцию (один из типов рассеяния) на этой периодической структуре, при этом лучи разных цветов выходят из опала под разными углами. Угол дифракции для каждого из цветов определяется периодом структуры (диаметром глобул) и углом падения света. Если, осматривая опал, вы двигаете его, тут и там вспыхивают и гаснут точки разных цветов. Говорят, что опал горит.

Если цвета яркие и хорошо различимы, как в случае черного опала, каждый из них должен состоять из световых волн с близкими длинами. Такой узкий интервал длин волн возможен, если все кремниевые сферы примерно одного размера. Однако самую красивую игру цвета под любым углом демонстрируют опалы, состоящие из групп кремниевых глобул, ориентированных и упакованных в разных местах по-разному. В этом случае говорят о дефектах упаковки. Черный опал с дефектами еще и потому так красив, что в нем есть небольшие включения углерода, оксидов железа или титана, поглощающие часть света. Благодаря этому создается черный фон для исходящих ярких цветных лучей, что делает их лучше различимыми. В бесцветных опалах сферические глобулы кварца сильно разнятся по размерам, и поэтому такие опалы не блестят. В белых опалах этот разброс меньше, но все же еще достаточен, чтобы они выглядели бледными и молочно-белыми.

6.96. Александритовый эффект

Цвет большинства драгоценных камней примерно одинаков как при солнечном свете, так и при искусственном освещении. Но есть камни, например александрит и танзанит, обладающие удивительной способностью менять цвет: на солнце они сине-зеленые, а при свете электрической лампочки красно-желтые. Впервые полудрагоценный камень александрит нашли в России на Урале в 1831 году. Его назвали в честь наследника русского престола и будущего русского царя Александра II. Почему же александрит меняет цвет?

ОТВЕТ • Камни, обнаруживающие александритовый эффект, хорошо пропускают только сине-зеленый и красный свет видимого спектра. Однако сине-зеленый свет они пропускают лучше, чем красный. Когда смотришь на такой камень при солнечном свете, куда входят все цвета видимого спектра, проходят главным образом сине-зеленые лучи, и камень выглядит зеленым. Искусственное освещение, созданное горячей нитью накаливания внутри электрической лампочки, обычно обеднено цветами синей области спектра. Из-за этого при искусственном освещении сине-зеленых лучей проходит гораздо меньше, чем красных, и камень выглядит существенно краснее, чем при солнечном свете. Но оказывается, что в свете электрической лампочки камень еще более красный, чем он должен бы быть, согласно этим рассуждениям. По-видимому, это можно объяснить особенностями человеческого зрения.