第五章 惊讶的科学家们

第五章　惊讶的科学家们

　　这块水晶头骨不但引起了考古学家的关注，科学家对它也非常着迷，它神秘的历史和呈现出来的令人难以置信的性能激起了他们极大的热情。直到安娜·米歇尔一黑吉斯同意让科学家把它带回每尔莱德-派克尔德电脑＆电子公司检测，他们才有机会近前细致地玩味。

　　海尔莱德-派克尔德公司是世界上领先的计算机等电子产品制造公司。他们在电子原件领域广泛应用水晶，因此他们的科学家不仅是计算机专家，而且对水晶的物质性能、制作工艺和科学使用方法也颇有研究。

　　对水晶头骨的检测工作是1970年在位于加利福尼亚萨但科莱罗的海尔莱德一派克尔德水晶实验室进行的。（见图片5）。于是我们就去参观海尔莱德一派克尔德位于加利福尼亚硅谷中心的实验室，试图了解科学家检测水晶头骨的情况。

　　图片5：米歇尔-黑吉斯水晶头骨在海尔莱德-帕克尔德水晶实验室接受科学测试。

　　频率标准小组负责人吉姆·布鲁特对这次检测非常重视，但我们到达加利福尼亚时正赶上他不在。我和凯瑞见到了实验室常务主席杰克·卡斯特以及前任石英部件工程部经理查尔斯·亚当斯，就顺便和他俩聊了起来。原来他俩都是检测小组成员，有五十年之久的水晶工作经验。

　　杰克和查尔斯说，最初检测组还不太相信水晶头骨是由真石英水晶制成的，因为其他好几种材料肉眼看上去也和石英水晶差不多，其中包括各种各样的塑料和玻璃。现在又研制出一利从大多数玻璃、玻璃酒瓶和其他装饰物中提炼出来的材料，叫铝水晶（lead Crystal），实际上只是玻璃的一种，根本不是水晶。另外还有许多人工制造或合成的石英水晶。

　　天然水晶或水晶石从另一个角度说，完全是大自然的产物，它生于地下，个别石英水晶的形成过程需要上亿年的时间。水晶生长在地壳深处，通常都要经历火山和地震。在形成过程中凝结了巨大的热量和力量，然后由"种子"水晶将其释放出来。种子是由一个单一的硅原子在高温高压的作用下，与两个在高温状态下的水原子或周围的蒸汽中释放出来的氧原子组合而成。原子组合以后就形成了带有单一水晶细胞的二氧化硅，所有的石英水晶都是由这种物质组成的，其副产品为氢。在上千年的漫长岁月中，如果条件允许，这一单一种子就开始生长，但周围的流体必须含有适量的硅和水或是长期处于高温高压下的蒸汽。当原生的流体慢慢地渗人到二氧化硅的第一个细胞上时，这个细胞就开始衍生出另外一个和自己一模一样的细胞，但在复杂的水晶结构中一次只能形成一个原子。水晶体内的每个细胞形态都是重复相同的，每个细胞自身都是一颗小水晶，每个细胞都像前一个细胞一样有着相同的形态。这样水晶就搭起一个复杂的三维结构架——"水晶架"因此而得名，其几何构成极其规律。就这样日积月累，渐渐的一块纯净透明的天然石英水晶就形成了。它的天然状态呈多棱形，通常是六棱形，长到最佳点就逐渐变细。

　　当然并不是每块天然石英水晶都是完美的，在生长过程中它有可能受到周围铁、铝等大量物质的侵害，结果就出现了色泽上的变化。比如铝会使水晶变成烟灰色，这样的水晶被称为"烟色石英"；铁会使水晶变成暗粉色，这样的水晶被称为"玫瑰石英"。除此之外高强度的辐射也会影响水晶的生长和色泽。只在没有射线和其他追踪元素的地方，才有可能长出百分之百纯净透明的水晶。

　　石英是最常见的天然材料之一。杰克告诉我们，最近据数字估计大约百分之八十的地壳含有石英。但是大部分石英纯度都很低，而且体积太小，内含杂质，几乎没有什么实用价值。即使一些纯度较低的石英种类也很漂亮，但无法应用到电子工业上。实际上这就是电子工业遇到的问题，即大块的纯度极高的天然石英非常稀少。

　　近来人工种植或生产合成石英已经在某种程度上解决了这个问题。第一例生产或种植合成石英始于1851年。直到二十世纪后半期生产或种植石英工艺才完善起来，才在电子产品上得到实际应用。其实那时海尔莱德-派克尔德公司就已经开始进行天然石英检测了。仔细挑选出来的天然石英水晶，在那时仍然是用于电子原件的主要原料。但因为从那时起科学家就可以成功种植石英了，所以到了现在，合成石英已经完全取代了天然石英，用于制造绝大部分电子设备。

　　生产种植石英的好处在于，可以无条件地保证水晶的纯度和大小，但这不等于说就可以脱离孕育万物的大自然。相反，人们只能先从天然水晶块上移植石英，然后再生产，需要科学家所做的工作只是人为创造出适合石英生长的最佳环境，以加速整个形成过程的运行，目前这个过程只需数周就可以完成了。通常是在一个大的压热器中放一台高精密度的熔炉，然后把天然石英碎片放到温度和压力不断升高的水中进行分解。但主要的原料还是一块高质量的天然石英，如果没有它整个程序就无法启动。科学家们只需将这块精心挑选出来的天然水晶悬挂到压热器里面，其他的事，就是要等着它们自然而然地发生发展。周围液体很容易流到原始水晶上。等到水晶达到了要求的尺寸，就把它移开，或是拿出来。这些新造出的水晶，虽然是天然水晶生长了一代又一代的结果，但仍然和在大自然培育出来的原始天然石英水晶一样纯净。

　　海尔莱德-派克尔德科学家所面临的首要任务是，找到各种各样肉眼看起来和天然石英一模一样的制材，以确定水晶头骨到底是用什么制成的。

　　其中的一项检测是这样的：将水晶头骨浸入盛有苄基乙醇且密度及折射指数与高纯度石英相同的玻璃缸里，结果头骨一放进去就像消失了一样。这表明头骨是由纯度极高的石英制成的。然后将极化光射向玻璃缸中的头骨，出现的阴影或"面纱"表明头骨所用的石英是天然的。如果是在特定环境下生产出来的石英，就没有这些像树的年轮圈一样的阴影或细小的变化。因此就排除了这个头骨是由某种塑料或玻璃或现代合成水晶制成的可能性。毫无疑问它是由生长于地下的天然水晶石制成的。而纱状的阴影同时也验证了水晶头骨其他方面的一些性能。从它的体积来看，要比一般的天然石英大得多。因此有人怀疑这个头骨是由几块水晶仔细拼制而成。但极化光的检测证实，不但头颅部分是一整块水晶制成，而且下颌部分也同出于这块水晶。

　　对此，检测小组非常惊讶。这种高纯度的水晶石可是世界上硬度最高的材料之一了。按照宝石专家所使用的摩恩硬度标准，它只比钻石稍微软一点儿，再加上它脆而易碎，无疑会给雕刻工作带来难以想象的困难。尽管如此，头骨的雕刻工艺却精美异常。根据检测小组估算，即使用当今带有钻石头的电动工具，也要刻上至少一年的时间。但是检测小组断定，要雕刻这样娇贵的物品，根本不能用任何带钻石头的电动工具，因为它经不起用该工具所产生的振动、热量和摩擦，它会因此而破碎的。以至于一个小组成员不得不说："真难以想象还真有这样一个头骨。"

　　检测小组最初认为，头骨有可能不是用现代工具制成的。后来的检测进一步证实了最初猜想的真实性。单纯从头骨极其平滑的表面来看，就看不出任何使用现代工具所遗给下来的任何痕迹，因为如果有就非常难以去掉。这些发现足以肯定检测小组最初的判断是对的——这个水晶头骨为手工制品。

　　可以想象手工创制这样一件水晶头骨要花费多长时间！科学家们只能推算，这个头骨也许是用河里的沙子和水慢慢地一点点地从一大块石英石上磨下来的。也许还用了铜线或用手拉的雕刻用的"弓"具。检测小组推断，这个水晶头骨一定耗费了好几代人的毕生精力！至于他们到底花费了多少时间是难以确定的，据海尔莱德一派克尔德员工杂志《测量》最精确的估算，有可能是"300人年"！

　　正象杰克和查尔斯讲的那样，无论是谁做这个头骨，都要从三倍于成品大小的一大块多棱石英水晶开始。开始时他们无法知道水晶里面的纯度，也不知道有没有汽泡或小洞，因此他们事先要精心地挑出颗粒大小相当的沙子，先用大沙粒磨出雏形，再逐渐地用小沙粒磨出精细的表面，最后用像粉状物一样小得几乎分辨不出的沙粒打光。而且一旦中间有所疏漏都要从头开始。甚至哪怕混进去了一颗大了点的沙粒，即使整个工作到了最后阶段也要重新开始。整个工作从头到尾的确是十分的艰难。

　　我说我听到过一个非常古怪的理论，传说中那些和头骨在一起呆了很久的人也这样说，说头骨实际上是外星人造的。的确，如果用现代工具不行，怎么用手就行呢？海尔莱德-派克尔德的科学家对这个理论似乎根本不屑一顾，就像杰克说的：

　　"作为一名科学家，我很难相信有其他从宇宙来的人，对不起，是生物，扔在这儿一些东西就消失了，再也不来打扰我们了。这样的事根本不在可能的范围内。我不相信外星人的存在，所以我只能断定它出自于人类之手。"

　　这个发现的本身就让人难以置信。弗烈德里克·米歇尔一黑吉斯也这样猜测过：

　　"这块完美的头骨，一定是人们不厌其烦地一代又一代地、夜以继日地工作了大约一百五十年，用沙子从一大块水晶石上磨出来的。"

　　同样，在《人》1936年的调查中，大英博物馆爱德瑞安·底格比也已经注意到"博尼先生（可能是米歇尔一黑吉斯）手中的头骨上看不出任何现代工艺迹象"。

　　至此我们从最新科学技术中获得了确凿的证据，证明这个头骨完全是手工制作，绝没有使用过现代金属时期的任何工具。

　　然而科学家们却怎么也不能测得它的制作年代。杰克和查尔斯说，这是因为石英水晶根本不留年代记号，它从不会被侵蚀、腐化、风化或随着时间的变化发生变化。就是这个特点使它成为电子工业中不可缺少的原材料。但即使是其他与水晶头骨一样没有可见年龄记号的工艺品，科学家们也可以通过测定碳原子组成部分的射线的衰化程度，来鉴定其原材料的年代和工艺。然而水晶头骨却不行。

　　因此就检测小组现有的科学知识和尖端技术以及专业水平，是无法知道水晶头骨的确切年龄的。也许是几百年甚至几亿年，所有的科学家们都认为它和地球同龄，或者更早，要追溯到更遥渺的时间开端。

　　但海尔莱德-派克尔德科学家发现了有关水晶头骨之谜的一条很有用的线索，即检测显示头骨不仅取材于一整块天然石英，而且其中还含有压电二氧化硅的成分，就是在现代电子产品上广泛应用的天然石英。

　　根据杰克的解释，石英的压电（piezo-electric）性是玛瑞·库瑞的丈夫和他的哥哥于十九世纪末发现的。"Piezo"是希腊语，意思是"挤压"，"electris"意为"发电"。事实上用这种石英做成的水晶头骨，就像电池一样具有正负极。也就是说如果你向头骨施加压力或"挤压"它，它就能放电！换一种方法，如果给它充电，它就会变形并且保持自身的物质组成和密度不变。

　　同所有压电晶体（Piezo-electric quatz）一样，水晶头骨在其他方面也具有各向相异性（anisotripic），也就是说除了它的组成物质外，其他特性的各个方向都不同于其他石英。就它的带电性能来说，电流的方向性是由X-Y轴来限定的，即电流只能沿着有X-Y轴的六个特殊方向流动，而任何其他方向都是绝缘的。

　　在这种情况下，科学家发现电流的方向性是垂直的，也就是说从上到下所有的X-Y轴都在头骨中心交叉。这就意味着如果你从水晶头骨的上面给它充电，在充电过程中，它不但改变形状而且电流还会从头骨头顶径直通到地下。奇怪的是，如果挤压头骨让它放电，随着受力方向的改变，水晶体内的电极方向也跟着改变。

　　海尔莱德-派克尔德检测小组也测试了水晶头骨不寻常的视觉性能。比如说光从下面导入，在头骨体内聚集以后，会准确无误地从眼窝处释放出去。这在知道了头骨可视轴的方向性后，显然是非常有可能的，因为位于石英水晶内部的电轴同样具有可视性。也就是说光在头骨中的运行速度，从一个方位出发比从另一个方位出发要快得多。杰克说，不仅一般散射的光经过头骨会有这样奇异的效果，就是直射的或极化的光照在头骨上，也会出现光沿着可视轴方向运行要比顺着其他方向运行快得多的现象，而且头骨还会随着光在光轴上的运行而旋转。

　　水晶头骨另外一个特性，是其让人难以置信的环境稳定性。这也是压电二氧化硅的另一个性能，这个性能使这种水晶成为现代电子应用中的无价之宝。也就是说无论在什么环境中，水晶头骨的各项性能都不会变化，尤其不会发生化学变化。而绝大多数相似的天然材料都会逐渐地受损于酸等化学物，甚至于普通的水，而水晶头骨绝不会受其影响。正像杰克所说的：

　　"石英水晶具有极高的物理、化学和温度稳定性。它只对光和电作出反应，就是这一点使它在电子行业中成为不可替代产品。"

　　现代科学测定出的压电石英还有一个非凡性能，这个性能可以使它用于制作发报时所使用的声振器或共鸣器。杰克是这样解释这个性能的：

　　"如果将切出的一小块水晶薄片和电轴平行放在一起，假如没有不稳定的跳跃的电流通过，这片水晶就会振动起来。这片水晶振动时的a、c频率可以达到接近它自身固有频率的强度。在这种频率下水晶位于机械状态，a、c的电压也会随之增强。"

　　另外一种解释方法是，水晶和其他材料不同，在一定控制下有着惊人的蓄压电力，它可以在一个持续而精确的频率下进行振动。至少从理论上来讲，水晶头骨可以储存压电或某种信息，然后发出电脉动或信息振波。

　　水晶可以振动的特性是其众多性能中的一种，也正是这种性能使其成为现代电子工业中的无价之宝。例如它在声振器电路上的应用，以及所有电子频率要求较高的设备，尤其在精密电子行业，特别是用于计时的仪器，水晶就显得更加重要了。实际上现在从手表到钟表每一件精密计时仪器上，都能见到石英水晶。它甚至还被用在原子钟上，原子钟可是世界上最精确的钟表，我们的时间都是从它那儿对照出来的，它的精确度是每百万年只差三秒（尽管它的制造商只保证它在前三年的精确性）。总之石英水晶应用于科学前沿阵地上的每一个领域。以原子钟为例，它曾被用于检验爱因斯坦的"当速度接近光速，时间会变慢"的理论。另外在研究测定远行星地震活动时，所使用的仪器也都是由石英水晶做成的。

　　石英不仅被应用于精密的计时仪器，而且还必不可少地被应用于信息技术、电子通讯和大众传播领域，不仅涉及航海设备、雷达和声纳系统，还决定着最新医学和超声技术的发展。而且它优越的带电性在一切电子产品上都得到了充分体现，从收音机到计算机，从陆地电视接收系统到最发达的在太空中绕行地球的通信卫星，所有这些现代科技产品都不同程度地使用了石英水晶。甚至目前庞大的信息高速公路，也要归功于近来在水晶研究和技术领域的发展。

　　因此，当今水晶领域是科学发展的最前沿领域，它处于现代计算机、电子、电信和大众传播工业的核心地位。毫不夸张地说，水晶在各个领域的广泛应用，已经极大地改变了整个社会面貌。我们现在的世界是电子信息世界，依靠电子而进行的交往成为日常生活中不可缺少的一部分。依靠电子我们可以不断地和几千里以外的人进行交流，只要轻轻地按一下键子，就可以将从全世界搜集来的大量信息存储起来任意使用。水晶恐怕是前所未有的技术大革命的核心了。现在我们已经无法离开这些应用了石英水晶的产品，石英水晶已成为我们现代文明的必需品。

　　当初步认识了石英的这种性能和使用价值后，我们不禁要问：为什么水晶头骨是用这种石英制成的呢？