“魯珀特之淚”是一種形似蝌蚪的玻璃制品，“淚珠”部分異常堅(jiān)硬，即使用錘子敲擊也毫發(fā)無(wú)損。更讓人嘖嘖稱(chēng)奇的是，如果它的尾部破碎（用手指就能捏碎），“淚珠”就會(huì)瞬間爆裂成粉末。這背后的原因困擾了科學(xué)家400年之久?，F(xiàn)在，來(lái)自普渡大學(xué)、劍橋大學(xué)和愛(ài)沙尼亞塔林理工大學(xué)的一支研究團(tuán)隊(duì)終于找到了答案。

“魯珀特之淚”是一種形似蝌蚪的玻璃制品，能承受錘子的敲擊，但如果其細(xì)長(zhǎng)的尾部破碎，就會(huì)爆裂成粉末

“魯珀特之淚”也被稱(chēng)為“巴達(dá)維亞之淚”，出現(xiàn)于17世紀(jì)，當(dāng)巴達(dá)維亞的魯珀特王子把五顆這樣的奇物獻(xiàn)給英格蘭的查理二世時(shí)，“魯珀特之淚”開(kāi)始聲名大噪。1661年，這五顆“魯珀特之淚”被移交給英國(guó)皇家學(xué)會(huì)以供研究，但經(jīng)過(guò)四個(gè)世紀(jì)的鉆研，“魯珀特之淚”兼具高硬度與自毀易碎性的秘密，仍然沒(méi)能解開(kāi)。

“魯珀特之淚”的形成是把熱膨脹系數(shù)高的玻璃（比如鈉鈣或燧石玻璃）加熱融化，然后滴入冷水中。融化的玻璃會(huì)立刻凝固成性質(zhì)獨(dú)特、帶有尾巴的淚珠形狀，這個(gè)淬火過(guò)程類(lèi)似于制作現(xiàn)代智能手機(jī)屏幕所用的鋼化玻璃。鋼化玻璃直到19世紀(jì)才出現(xiàn)。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、塔林理工大學(xué)教授希勒·阿本（Hillar Aben）與普渡大學(xué)工業(yè)工程教授斯里尼瓦?！ゅX(qián)德拉塞卡爾（Srinivasan Chandrasekar）一道，利用光測(cè)彈性學(xué)來(lái)破解“魯珀特之淚”。這種方法是把透明的3D物體浸泡在水中，讓偏振光穿透而過(guò)。光在物體內(nèi)部的偏振會(huì)隨著應(yīng)力線而改變，呈彩虹狀。

1994年，錢(qián)德拉塞卡爾和劍橋大學(xué)物理學(xué)家穆納瓦爾·喬杜里（Munawar Chaudhri）以每秒近100萬(wàn)幀的速度拍攝了“魯珀特之淚”的爆裂過(guò)程，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)尾部破碎時(shí)，裂紋在其內(nèi)部的擴(kuò)散速度超過(guò)每小時(shí)6437公里。

研究顯示，這種玻璃制品的抗壓應(yīng)力相當(dāng)于每平方英寸50噸，這就好比某種鋼鐵的硬度。

研究人員說(shuō)，這是因?yàn)椤棒旂晏刂疁I”表面的冷卻速度比內(nèi)部的冷卻速度要快，從而使表面對(duì)內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)大的抗壓應(yīng)力，但這種壓應(yīng)力被內(nèi)部的拉應(yīng)力抵消。

只要這些應(yīng)力保持平衡，“魯珀特之淚”就能保持穩(wěn)定，可以承受巨大的外力沖擊。通常來(lái)說(shuō)，由于玻璃是過(guò)冷液體而非固體，表面的任何裂紋都會(huì)以音速擴(kuò)散到內(nèi)部，從而導(dǎo)致物體碎裂。

但“魯珀特之淚”的內(nèi)部和外部交界面把外力引向一邊，所以裂紋無(wú)法擴(kuò)散。不過(guò)，如果尾部破碎，尾部的淺裂紋就會(huì)沿著“魯珀特之淚”的軸線，深入頭部和交界面。這會(huì)造成巨大的破壞，使得原本平衡的應(yīng)力被釋放，導(dǎo)致“魯珀特之淚”爆裂。

1994年用高速攝影機(jī)拍攝的“魯珀特之淚”爆裂過(guò)程

“拉應(yīng)力通常導(dǎo)致材料斷裂，如同把紙撕成兩半。”普渡大學(xué)的博士后研究員庫(kù)什克·維斯瓦納坦（Koushik Viswanathan）說(shuō)，“但如果把拉應(yīng)力變成壓應(yīng)力，裂紋就會(huì)難以擴(kuò)散?！旂晏刂疁I’的頭部就是如此。”