极为神奇的玻璃制品，现实版的阿喀琉斯之踵——鲁伯特之泪【月诚故事】
标题： 《极为神奇的玻璃制品，现实版的阿喀琉斯之踵——鲁伯特之泪【月诚故事】》
今早的知乎热榜上，当前排名前三的话题都和科学教育领域相关，分别是：
科学技术是第一生产力，这话不假。然而如何让更多人从科学教育当中发现有意思的地方，却一直都不是一件做到容易的事情。原因也不难理解，学习新的知识就意味着要在一个自己未知的领域去探索，这种探索往往会伴随不断地失败，没有一点钻牛角尖的科研精神，还真的不容易坚持下去。作为对比，相声演员说相声的首要目的在于把观众逗乐。观众们只有开心了，才会愿意买票再来。
换句话说，当前知乎热榜排名前三话题的实际人气热度远低于社会热点话题以及娱乐话题是一种正常现象。崇尚科学教育是一件有意义的事情，那么对于自媒体创作者来说，如何才能挖掘出科学教育话题当中最容易引发读者兴趣的知识点呢？
答案或许是——寻找出贴合大部分普通人实际生活需求的知识点。
比方说，“北斗三号全球系统已提供七种服务”这种说法比较抽象，但是其中有一项“短报文服务”非常具有吸引力。根据知乎话题《甘肃马越野马拉松比赛时用的定位系统为什么不用北斗？ - 老启儿的回答 - 知乎》答主回答，“北斗和 GPS 都是 GPS 导航系统，不过美国的那个出来的早，硬是占了 GPS 这个名字。而这里面用到的技术，通常都是 RNSS 定位技术，而且将位置发回服务中心，需要用公网信号。比赛地方可能没有公网信号，就没法发出去了。这时候如果有北斗的 RDSS 短报文技术的话，就可以发出去了。”
想要通过北斗的 RDSS 服务发送短报文的话，目前还需要专门的北斗终端设备。北斗短报文本身是免费的，不过部分第三方公司会收取一部分的服务费用。譬如使用“北斗盒子、北斗星盒、北斗海聊”这些第三方公司研发的民用终端设备和服务。根据知乎话题《有哪些性价比高的户外通讯设备值得推荐的？ - 户外探险OUTDOOR的回答 - 知乎》答主的科普回答，“短报文工具相比卫星电话，最大的缺点在于一是需要配合软件（手机里的app）一起使用，二是无法直接通过电话形式进行即时通信。实际上，如果手机在野外发生故障，也不是说短报文工具就丧失作用，至少一键SOS（求救并发送实时位置信息）、一键报平安、语音播报、记录行进轨迹这四个功能都是设备硬件具备的，最基本的功能始终可以实现，并且终身免费。……”
划重点， 短报文工具相比卫星电话，最大的缺点在于一是需要配合软件（手机里的app）一起使用 。
不过现在好了，今早知乎话题里已经提到，“四是区域短报文服务。最大单次报文长度 14000 比特，约 1000 个汉字，今年底具有区域短报文功能的智能手机将进入市场。”这意味着，以后就不需要购买和携带专门的北斗终端设备去收发“北斗短信”，完全可以一部手机搞定。即使在野外手机没有信号断网了，也能通过北斗信号实现“一键SOS”功能，在最大程度上保障户外安全。
虽然自带北斗短报文功能的智能手机特别贴合大部分普通人的实际生活需求，非常值得期待，但是眼看着就要中秋国庆假期了，有没有可以马上买到的、带有一些科学教育意义的小众礼品呢？
还真有，而且这是一种极为神奇的玻璃制品—— 鲁伯特之泪 ！
古希腊神话当中有一个名为“阿喀琉斯之踵”的神话故事。根据百度百科词条“阿喀琉斯之踵”介绍，“阿喀琉斯，是凡人英雄珀琉斯和海洋女神忒提斯的爱子。忒提斯为了让儿子炼成‘金钟罩’，在他刚出生时就将其倒提着浸进冥河。遗憾的是，阿喀琉斯被母亲捏住的脚后跟却不慎露在水外，在全身留下了唯一一处‘死穴’。后来，阿喀琉斯被帕里斯一箭射中脚踝而死去。后人常以‘阿喀琉斯之踵’譬喻这样一个道理：即使是再强大的英雄，也有致命的死穴或软肋。”
“阿喀琉斯之踵”只是一个古希腊神话故事。而在现实中，却有一种极为神奇的玻璃制品：一方面，它非常“头铁”，几乎坚不可摧；另一方面，它又无比脆弱，只要用手轻轻一捏，就会瞬间自爆，碎身粉末。它就是现实中的 鲁伯特之泪 。作为小众礼品，某电商网站上的市场价格只不过几十元而已。
没错，鲁伯特之泪确实就是一小块玻璃，而且是这两种相互矛盾的极端状态的完美融合。
鲁伯特之泪的英文名叫做“Rupert's drop”。从单词 drop 就能知道，这块玻璃像是一滴水的模样。事实也是如此，鲁伯特之泪的原料只是普普通通的玻璃，将玻璃融化之后，再滴入冰水中冷却，然后捞出来就是一个个长得像是蝌蚪一样的“Rupert's drop”，中文翻译为“鲁伯特之泪”会显得更加浪漫一些。
这个“蝌蚪”大头的一端相当地“头铁”。虽然只是玻璃，但是液压机想要压碎它，需要约 20 吨的压力。而且压碎这个“头铁”的玻璃之后，液压机都会被压出一个凹陷的坑，可见“头铁”到什么程度。据说国外有人尝试用步枪射击这颗玻璃“头铁”的大头一端，结果子弹粉碎了，然而这颗玻璃的头部却依旧完好无损。
然而就是这么一个看似坚不可摧的鲁伯特之泪，却和古希腊神话中的“阿喀琉斯之踵”一样，有一个脆弱无比的弱点——它的“尾巴”。砸头没事，怎么砸都扛得住。但只要轻轻捏住它的“尾巴”，注意带好保护眼镜，然后稍微一用力，奇迹就出现了——整个鲁伯特之泪一瞬间就会碎为粉末，灰飞烟灭。
这就是“鲁伯特之泪”让人着迷的地方，原本普通的玻璃，竟然能够将几乎坚不可摧的坚强和几乎不可触碰的脆弱，完美地融为一体。同时这也是让人好奇、引人思考的科学问题，为什么“鲁伯特之泪”会出现这种神奇的现象呢？
根据学生导报文章《比钻石还要硬的“鲁伯特之泪”究竟是什么》的科普介绍，“……，这么神奇的玻璃到底是个啥东西啊？这还要从它的形状说起，它之所以是个小蝌蚪的形状，是因为将融化的玻璃液体，自然滴落在冷水里，冷凝造成的。早在 400 多年前，这块蝌蚪玻璃就出现了。1660 年，巴达维亚的鲁伯特王子就给英格兰国王查理二世献上了 5 块蝌蚪玻璃。正是它软硬结合的特性，让它成为了皇室的玩物，在臣民面前轻而易举地捏碎如此坚硬之物，可以说是天降神人，巩固皇位了。可是，鲁伯特王子并不知道这蝌蚪玻璃的原理究竟是什么，于是便困扰了各世纪的科学家们 400 年之久。这块玻璃也流传了一个唯美的名字——鲁伯特之泪。直到这个世纪的人使用交叉偏振光镜看到了它的内部结构之后才恍然大悟。原来，融化的玻璃在滴进水里的那一刻，最外面一层是最先凝固的，内部还是处于熔融状态。由于热胀冷缩的原理，内部的玻璃慢慢冷凝，会导致内部体积变小，从而会拉着外壳向内收缩。同时中心位置的玻璃也会被外壳拉着向外，内外就像一个势均力敌的拔河比赛，僵持不下，坚不可摧。而鲁伯特之泪尾巴的柔弱，则是由于尾部的质量很小，几乎与外壳的冷凝事件一样，因此导致头尾冷却不均衡，从而让整个玻璃内部受力不均。有很多人也讨论过钻石与鲁伯特之泪到底谁更硬，这个比较其实并不是很成立，钻石硬且脆，液压机一下就能压得粉碎，而鲁伯特之泪却需要液压机费好大的功夫。但是就结构而言，钻石却比鲁伯特之泪更加坚硬。”
根据自媒体文章《你听说过“鲁伯特之泪”么？》描述，“当然了，当时大家还没想到如何科学解释这一切，玻璃最大的作用就是被王子本人带到朝堂上用来突然捏碎吓唬人……王子您也太活泼了……。直到 1914 年，来自爱沙尼亚塔林理工大学教授希勒·阿本与美国普渡大学的科学家斯里尼瓦桑·钱德拉斯卡及英国剑桥大学的穆纳瓦尔·乔德里利用先进光测弹性学来破解‘鲁伯特之泪’。用最简单的方法制作了一个鲁伯特之泪，把玻璃加热到600度以上，让呈热炽液态玻璃在大自然的重力作用下，自动滴到冰水里。这样一个鲁伯特之泪就做好了。当融化的玻璃在滴进冰水里的时候，最外面一层最先凝固，但内部还是熔融状态。核心熔融状态下的玻璃慢慢冷却凝结，从而体积变小，这时内部液态的玻璃就会拉着已经是固态的外壳收缩，让外层玻璃受到巨大的压应力，压应力高达 700 兆帕，几乎是大气压的 7000 倍。同时中心位置的玻璃也被原本呈固态的外壳拉扯向四周，受到拉应力。只要这种应力保持平衡，鲁伯特之泪就能够保持稳定，可承受巨大的外力冲击。通常来说，由于玻璃是过冷液体而非固体，表面的任何裂纹都会以音速扩散到内部，从而导致物体碎裂。但「鲁伯特之泪」的内部和外部交界面把外力引向一边，所以裂纹无法扩散。这就是为什么「鲁伯特之泪」的头部如此坚硬的原因，大家可以想象成两队势均力敌的拔河队员正在僵持不下。不过一强必有一弱，由于入水先后不同，「鲁伯特之泪」的头部质量最大，冷却最慢，尾部质量最小，冷却最快，因此导致头尾冷却不均衡，从而让整个玻璃内部受力不均。脆弱的尾部，是「鲁伯特之泪」的「阿喀琉斯之踵」，尾部应力不但不能跟头部相比，甚至比一般玻璃都差。一旦被破坏，不均衡的压力就会瞬间释放，顺着裂纹扩散到「鲁伯特之泪」整体。这个过程叫做「裂纹扩展」，速度可达每秒 1450 米 - 1900 米，是音速的 5 倍！大家再感受一下：……。总体来说，鲁伯特之泪虽说表面比钢铁还要强硬，但是其中必然会有它软弱的一面。因此，如果我们遇到了一个比较强大的难以突破的问题时，往往能够从它的薄弱项去找出解决的方法的话，问题也就能够迎刃而解。所以，最后在此提议，以后不要随便叫人「玻璃心」了，有些人的抗压能力还不如玻璃呢……”
以上两段科普内容均是从网上找来的，作为科普话题，还需要进一步查阅文献才能证实或证伪其中的关键数据。但对于一件中秋国庆的小众礼品来说，能够让人好奇、引人思考，就已经很好了。如果收到礼物的人能够进一步好奇“玻璃到底是固体还是液体？”，那么这个礼物就更有意义了。
根据 2017 年的一则知乎话题《玻璃是固态和液态的量子叠加，意思是说玻璃是哪种状态是相对的，对吗？ - qfzklm的回答 - 知乎》物理学话题下的优秀答主“qfzklm”介绍，“玻璃是固态和液态的量子叠加 这句话是从哪个民科那里听说的？找了一下，原来又是《今日头条》。。某凡的大新闻还历历在目的说。。算了，看在这位科普作家还挺辛苦的份儿上就不多说啥了。。但是各种小媒体转这篇文章【天下文章一大抄】，真是误导大众，我还是得说一说。。确实，最近又有一篇讨论论文发表了。。【ref: E. D. Zanottoa & J. C. Maurob, J. Non-Cryst. Solids. 471 (2017) 490–495】我搜索了一下和这篇论文相关的新闻，其中唯一可能造成误解的，是这句话：Glass is neither a true solid nor a true liquid, but rather a unique hybrid phase that combines both solid-like and liquid-like qualities玻璃不是真正的固体或者液体，而是一种混杂了固体和液体性质的独特的物相。……”
划重点， 玻璃不是真正的固体或者液体，而是一种混杂了固体和液体性质的独特的物相。 网友“强俊杰”也评论说，“science上今年好像刊了一篇类似文章，说的就是玻璃可能处于特殊液态。”由此可见，或许玻璃既不是真正的固体，也不是真正的液体。具体是什么，现在还处于科研探索和讨论中。
科学研究和教育中，还有许多暂时处于科研探索和讨论中的未解之谜。从这个角度来看，「鲁伯特之泪」这种极为神奇的玻璃制品，只要几十元，烧脑一整天，确实是个不错的小众礼品！
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