對於同一塊玻璃,要麼堅硬要麼脆弱,幾乎不存在雙重特性。但在這個神奇的世界上,超乎想像的事物也是常有的。有一種玻璃就是個例外,十分特殊,它長得像蝌蚪,要說它脆弱,它卻堅硬無比,堅硬到子彈撞擊過去都能保持完好無缺,破碎的反而是子彈;要說它堅硬,它也脆弱不堪,只需用手指輕輕一捏,它就會瞬間爆裂,粉碎於無形之中。這種外形似蝌蚪的神奇玻璃,到底是怎麼做到讓人大開眼界的?
17世紀,有一個俗稱魯珀特親王的英國人,他是當時著名的戰士,同時也是一位將軍、運動員、科學家以及業餘藝術家。他平時喜歡做各種實驗和研究,成為自己畢生的愛好。有一次,他將一塊玻璃持續加熱,直至熔化。緊接著,他讓熔化的玻璃在重力作用下自然滴入冰水中,遇冷的玻璃液滴瞬間變成了蝌蚪狀的「玻璃淚滴」,一種奇特的玻璃就此問世。由於出自魯珀特親王之手,人們稱其為「魯珀特親王之滴」,又因為它的形狀很像人眼中流出的眼淚,它還有一個藝術感十足的名字,叫做「魯珀特之淚」。
作為一種在特殊環境下製造出來的水滴形玻璃,魯珀特之淚具有非常奇妙的物理特性,它的整個外形看起來像一條蝌蚪,有著一顆較大的橢球狀頭部和一根又細又長的尾巴。自打問世以後,科學家們就對它十分著迷,對它的研究一直沒有中斷過。魯珀特之淚的奇妙之處在於,它稱得上是世界最堅硬的玻璃,但同時也是最脆弱的玻璃,這種雙重特性著實令人不解和好奇,吸引著無數學者的注意。
魯珀特之淚的堅硬,硬的是它的頭部,連子彈都無法將其擊碎。有人做過實驗,將槍口對準頭部射擊,距離很近,在高速攝影技術的觀測下,在子彈巨大的衝擊力作用下,魯珀特之淚的頭部完好無損,更讓人驚訝的是子彈反而被轟得粉碎。將頭部放在液壓機下面,壓力示數迅速升高,但頭部就是不碎,直到液壓機產生20噸的壓力,頭部才被擊碎。數據顯示,魯珀特之淚的頭部至少能承受8噸的壓力作用,而實際上能承受比8噸大得多的壓力,堅硬程度出乎意料,其本質只是玻璃而已。
而魯珀特之淚的脆弱,脆的是它的尾部。只要用兩個手指輕輕捏一下它的尾巴,整個魯珀特之淚就會瞬間爆裂,變得粉碎。爆裂過程是從尾部向頭部連貫發生的,此現象叫做「裂紋擴展」,速度高達1450~1900m/s,炸裂時很壯觀。
那麼,魯珀特之淚的這種奇特性質是如何形成的呢?這跟其簡單的製造過程有關,原因在於其內部不均衡的壓力所致。當熔化的玻璃滴入冰水中時,玻璃表面迅速冷卻形成堅硬的外殼,由於時間極短,外殼裡面的玻璃仍呈液態。等裡面的液態玻璃也遇冷凝結體積縮小時,自然會拉著固態外殼往裡收縮,導致表面玻璃受到很大的拉應力。當尾部遭到破壞時,這些殘餘應力便會迅速釋放出來,使裂紋瞬間傳遍全身,支離破碎。
既然魯珀特之淚頭部堅硬,尾部脆弱,那麼能不能避開缺陷,製造出一個沒有尾巴的魯珀特之淚呢?這是科學界需要探索的又一個難題。