提到紅寶石，大家想到的可能是佳士得或者蘇富比拍賣會上拍賣的那些晶瑩剔透的紅寶石珠寶①。
比如說這樣的：
史上最貴紅寶石The Sunrise Ruby，於2015年5月蘇富比日內瓦拍賣會以30,335,698美元售出，合1,185,451美元每克拉
這樣的：
還有這樣的：
想要了解紅寶石，我們就得從剛玉講起
剛玉（英語：corundum）是一種由氧化鋁（Al2O3）的結晶形成的寶石，是一種成巖礦物。剛玉常含有少量的鐵、鈦、釩和鉻離子。純氧化鋁結晶是無色的，但因為所雜質不同，剛玉呈現不同的顏色。
剛玉晶體結構
摻有金屬鉻的剛玉顏色鮮紅，一般被稱為紅寶石；而藍色或沒有色的剛玉，普遍都會被歸為藍寶石。
順帶一提，剛玉的英文名"corundum"源於泰米爾語的Kurundam，起源於梵文的Kuruvinda，意為「紅寶石」。
剛玉的硬度很大，摩氏硬度[1]達到9。野生的剛玉往往呈六方短柱狀，不發育解理 [2]。
並非所有的剛玉都可以打磨成紅寶石或者藍寶石。美國寶石學院（GIA）[3]規定紅寶石的價值取決於其內含物的可見程度。如果紅寶石有明顯的內含物，或內含物降低了寶石亮度或透明度，則會顯著降低其價值。藍寶石的價值鑑定也基本上如此。較為純淨的天然紅寶石非常稀有，主要產自緬甸、泰國、斯裡蘭卡、非洲的一些地區和澳大利亞。
合成
由於剛玉的化學成分和結構簡單，人們很早就掌握了剛玉的人工合成方法。
1837年Marc Antoine Gaudin採用少量鉻作為顏料，高溫融化氧化鋁，從而第一次獲得了合成剛玉。
1847年雅克-約瑟夫·埃貝爾蒙通過在硼酸中熱融氧化鋁獲得了白色的合成剛玉。
1877年 Frimy and Auguste Verneuil在超過兩千度的高溫下，燒結氟化鋇、氧化鋁和少量的鉻，獲得了人造紅寶石。
1903年Verneuil宣稱他可以用這一方法完成商業規模的紅寶石生產。
早期合成方法
當前對紅寶石的合成以水熱法為主②，可以達到高度純淨的晶體，並且可以通過控制氧化鉻的加入量來控制顏色的深淺③。然而紅寶石市場的價格相差極大，有幾毛錢一塊的合成紅寶石，也有幾萬塊一塊的斯裡蘭卡紅寶石。
大家都是摻鉻的氧化鋁，為什麼差距就這麼大呢？
天然紅寶石和人造紅寶石在化學組成和晶體結構上完全相同，用肉眼和普通的物理方法是無法鑑別的。但是它們之間仍然存在細微的差別，那就是合成剛玉生長的環境太純淨了，天然剛玉中不可避免地會混入一些微量元素④。
我們可以看見二者在V元素上就存在明顯的區別。
但是存在一些問題，就是很難進行無損分析。
在前面我們提到，紅寶石的價值和其淨度是呈正相關的，而且人工合成的剛玉都是十分純淨的。筆者認為，如果單單是作為觀賞用途，或許可以選用人工合成的紅寶石或者藍寶石。
應用
人造紅寶石在多個領域都有非常廣泛的用途，並非單純作為觀賞寶石使用。紅寶石常常作為雷射器的放大器使用，因為鉻離子取代鋁離子產生了特殊的配位結構從而形成了軌道分裂⑤。藍寶石也是常常由於其諧振的性質作為鐘錶的配件使用。那麼為什麼紅寶石會有這麼神奇的功能呢？
我們得先看看雷射是怎麼被製造出來的。
當光子入射到原子中時，如果光子的頻率和原子的某個本徵頻率相近，且該能級上有電子，該原子就有一定概率會發生受激輻射。也就是入射一個某頻率的光子，出射兩個相同頻率的光子。那麼如果我們能用某種辦法，把一塊晶體中大量的電子「抽運」到某一特定能級，並射入該能級對應的本徵頻率的光子，就可以在短時間內激發出大量相同頻率的光子，也就是「雷射」。
最後，筆者認為，在礦物學方面，天然礦物不可避免的有機械混入物或者包裹體，但是正是這些缺陷記載了礦物形成的歷史；合成的礦物從實驗室產出，品質可控，完美無瑕，卻少了些故事。蘿蔔青菜各有所愛，大家可以根據自己的喜愛選購寶石哦。
當然，來支雷射筆豈不是更妙。
註：
[1]：莫氏硬度，是一種利用礦物的相對刻劃硬度劃分礦物硬度的標準，該標準是德國礦物學家腓特烈·摩斯（德語：Friedrich Mohs）於1812年提出的。
莫氏硬度標準將十種常見礦物的硬度按照從小到大分為十級，即（1）滑石、（2）石膏、（3）方解石、（4）螢石、（5）磷灰石、（6）正長石、（7）石英、（8）黃玉、（9）剛玉、（10）金剛石。具體鑑定方法是，在未知硬度的礦物上選定一個平滑面，用上述已知礦物的一種加以刻劃，如果未知礦物表面出現劃痕，則說明未知礦物的硬度小於已知礦物；若已知礦物表面出現劃痕，則說明未知礦物的硬度大於已知礦物。如此依次試驗，即可得出未知礦物的相對硬度。
若某種礦物的硬度在兩種標準礦物之間，則會用.5表示，例如黃鐵礦的莫氏硬度為6.5。
需要指出，莫氏硬度是一種相對標準，與絕對硬度並無正比關係。
[2]：解理（Cleavage），指的是礦物受力後會沿一定的方向形成光滑面的特性，與斷口互為消長。光滑的平面稱為解理面。礦物形成解理的特性是礦物的晶格按某種特殊結構排列並形成薄弱面的表現。因為每種晶系都有不同的建構方式，導致每種礦物其解理的數目或解理的夾角都不同，故不同的礦物往往具有不同的解理，如雲母具有一組極完全解理、方解石具有三組完全解理。礦物的形態與解理有關，比如雲母可揭成一層層的小薄片、方解石打碎後呈菱面體，由此可區分不同礦物。
[3]：Gemological Institute of America-美國寶石學院（GIA）是一家致力於寶石學和珠寶藝術領域研究和教育的非營利性機構。GIA成立於1931年，其使命是通過設定和維護用於評估寶石質量的標準來保護所有寶石買家和賣家。該研究所通過研究，寶石鑑定和鑽石分級服務以及各種教育計劃來實現這一目標。通過其世界知名的圖書館和學科專家，GIA為貿易，公眾和全球媒體提供寶石和珠寶信息資源。
參考文獻：
①http://www.jewelsdujour.com/2015/07/ten-most-expensive-rubies-sold-at-auction/
② 陳振強，張昌龍，水熱法生長紅寶石技術，《廣西科學》2000年 第4期 中國有色金屬工業總公司礦產地質研究院.
③ By Jack S. D. Abraham, HEAT TREATING CORUNDUM: THE BANGKOK OPERATION GEMS & GEMOLOGY.
④Sam Muhlmeister, Emmanuel Fritsch, James E. Shigley, Bertrand Devouard, and Brendan M. Laurs, SEPARATING NATURAL AND SYNTHETIC RUBIES ON THE BASIS OF TRACE-ELEMENT CHEMISTRY.
⑤ 殷春浩，張 雷，趙紀平，焦 楊，宋 寧，茹瑞鵬，楊 柳，紅寶石晶體的基態能級分裂及Jahn-Teller 效應。
投稿：胡凌志
審稿&修改：黃澤森
美編：李瑩
潤色：渡鴉
來源：石頭科普工作室
編輯：井上菌