神奇的“鲁珀特之泪”

徐杰

2600万年前，世界上已知最早的玻璃在陨石撞击产生的巨大能量中生成，并且镶嵌于古埃及法老王图坦卡蒙的木乃伊圣甲虫首饰的中央。从此，玻璃真正走入了人们的日常生活。

然而，玻璃一直以来都给人以脆弱、易碎的印象。为了使玻璃更加安全，人们又发明了强化玻璃，而这种强化玻璃的科学起源就来自于17世纪40年代的一种奇珍异宝——“鲁珀特之泪”。

所谓“鲁珀特之泪”，就是将熔化的玻璃滴入冰水中，冷却后形成的像小蝌蚪一样带着细长尾巴的玻璃。这种玻璃本身和实心玻璃没什么两样，捏捏锤锤都安然无恙。中央电视台综合频道播出的《加油！向未來》中，曾经用液压机锤击形似蝌蚪的“鲁珀特之泪”，也未能将这颗“鲁珀特之泪”碾碎。一时间，这颗抗压能力超强的“鲁珀特之泪”引发了大家的思考。

水滴型潜艇的设计也和“鲁珀特之泪”有异曲同工之妙。艇身从中部开始向后逐渐变细，尾部呈尖尾状，有助于提高水下航速，并使之超过水上航速。汽车工业的强化玻璃也是依据了“鲁伯特之泪”的原理设计的。

然而，若是抓住“鲁伯特之泪”纤细的尾巴，稍微施加一些压力，那么整颗玻璃就会瞬间爆裂四溅，彻底粉碎。这个原理叫做“裂纹扩展”，是因为其内部不均衡的压力导致。当熔化的玻璃滴入冰水中时，玻璃表面迅速冷却形成外壳，而壳下的玻璃还仍然是液态。等到核部的玻璃也冷却凝结时，由于体积变化，液态的玻璃自然而然地向着已经是固态的外壳收缩，导致靠近表面的玻璃受到很大的压应力，而核心位置则被拉扯向四周，受到拉应力。当外部遭到破坏时，这些残余应力迅速释放出来，使得裂纹瞬间传遍整颗玻璃，支离破碎。如果细小的尾部受到刮擦的话，玻璃就会释放出全部的内应力，这种力量会使整块玻璃粉碎成细粉。依据这个原理制作出来的强化玻璃，靠的正是它的这个能力。

如果你想要避开导致玻璃破碎的内部压力，就需要对玻璃进行“退火”，使其减少脆性。因为，退火处理能使它处于一种均衡的温度，这样就不会出现内部的温度差。