钻石是不少女人的梦想,但最能帮助她们圆梦的也许不是爱人或金钱,而是科学家。经过不懈努力,科学家在实验室里“种”出的钻石比天然钻石更完美,而且可以批量生产。他们预言,钻石时代很快就要到来。女士们可能为此欢呼,钻石开采商却高兴不起来。
我坐在波士顿郊外一家快餐店外,等着去参观阿波罗人造钻石公司。该公司行事跟克格勃一样神秘,其公关人员不肯向我透露公司地址,而是派了一名员工,专门到这个偏僻的远郊来把我带过去。我钻进那辆黑色豪华汽车,奉命正襟危坐,不看外面的路牌。
“我们公司就是一个虚拟钻石大矿,”阿波罗首席执行官布莱恩·里纳瑞向我解释,“如果我们是在非洲,就会在周围拉上铁丝网,派人在瞭望塔上站岗放哨。但这是美国,我们不能那么干。”他担心小偷,担心商业间谍,也担心自身安全。他说几年前他去参加一个钻石博览会时,有人偷偷跟踪他,还有天然钻石公司派出的枪手想打穿他的脑袋。“非常可怕,”他说。
公司由布莱恩特的父亲罗伯特和另外一名合伙人创立,他们发明了“种钻石”技术。罗伯特陪我去参观一个“车间”,那里摆着四个冰箱大小的机器,里面都是尺子和管子。技术员穿着白大褂、戴着手套匆匆走过,我从透明圆窗往里看,注意到机器上部空间飘荡着绿色烟云,下面则是16个钮扣大小的圆盘,闪着朦胧的粉红光芒。“什么都不像,对吧?”罗伯特说:“不过,几周后它们就会变成半克拉的钻石。”
早在1796年,化学家史密森·腾南特就发现钻石是由碳构成的。不过,直到1950年代,科学家们才学会利用石墨制造出钻石,所需温度高达华氏2550度,压力超过地球大气压的55000倍。但这些人造“石头”尺寸太小,纯度不高,只有部分可用于牙医钻头或钢锯锯条。不过,过去几十年来,研究者改进和完善了人造钻石的整个化学流程,所“种”出来的“钻石”和从地下挖出来的钻石一样纯、一样大。这个流程名为“化学气相淀积(CVD)”,即在一个温度超过华氏1800度的真空室中,让碳气经过钻石“种子”,随着碳在“种子”表面结晶成形,钻石就“种”好了。自1958年开始进入新泽西贝尔实验室工作,罗伯特一直站在晶体合成研究领域的前沿。他在自家车库里苦苦钻研,经过近10年“艰苦岁月”,终于在1996年确定了气体和温度的精确组合,有能力造出大颗的单晶体钻石。“我激动得发抖,”他说:“就像看着一个钻石矿出现。”
我借了一颗.38克拉的阿波罗钻石回去,并将它放在了波士顿市中心吉塔珠宝店老板维吉尔·吉塔的眼前。他在眼窝处套上一个专门的小型放大镜,用一副镊子将这颗精美的石头举起,缓慢转动,细细鉴别。“好宝石,色泽极好。我看不出任何瑕疵,”他说:“你从哪弄来的?”
“是离这儿20英里左右的一个实验室里造出来的,”我回答道。
他取下放大镜,盯着我看了好一会儿。然后,再次研究了一下那颗石头,眉毛皱着。最后叹了口气,说:“完全看不出来。”
十多亿年前,在地表以下至少100英里处,巨大的热量和压力将碳变成了钻石。火山爆发将它们带到地球表层,镶在一些胡萝卜形的岩石管道中(名为“金伯利岩”)。从北极圈到热带的西澳大利亚,全世界几乎所有地区都发现了钻石。地质学家相信,在地幔还有新的钻石不断形成,当然那里太深,矿工根本无法抵达。
Diamond(钻石)一词源于古希腊文中的adamas,意为“不可征服的、无敌的”。早在2000年前,印度人就开采钻石,而一世纪的罗马人也曾用它们做浮雕。时光荏苒,钻石逐渐成为财富和权力的象征。16世纪,在南部印度KOLLUR矿发现的科依诺尔钻石重达109克拉,被视为印度次大陆上最值钱的宝物,传说只要拥有它就可以统治整个地球。“它是如此珍贵,”当时一位作家写道:“以至于有钻石专家断定它的价值相当于全世界一天开支总和的一半。”英国于1849年得到这颗宝石,如今它被安放于伦敦塔,是1937年为伊丽莎白女王所打造的王冠上最引人注目的宝物。
但归根到底,钻石不过是纯粹由碳形成的晶体,就像冰糖不过是结晶的糖一样。但由于碳原子之间紧密连接的力量极大,钻石拥有了特殊的物理属性,它是已知的最坚硬物质,不会与其它物质起化学反应。此外,它是绝佳的电绝缘体和半导体。
这些并不浪漫的属性让钻石具有引发科技变革的潜力,其意义之重大可能不亚于钢铁或电子学领域的硅。目前,钻石已经运用到扬声器、磨砂膏和高端切削工具的制造中。随着价格低廉的人造钻石大量供应,工程师们有望制造出更多更好的东西:从更大能量的激光器到更加耐用的电网。他们预计可以生产出薄到极致的电脑、只有腕表大小的手机、能储存上万部电影的掌中电子设备。“人们总把‘钻石’与独一无二、奇珍异宝这样的概念联系在一起,”电机工程专家吉姆·戴维森这样说道:“其实它有很多实际的用途,几乎可以应用于电子科技各个领域。”
美国海军研究所位于国会大厦南面,戒备森严,詹姆士·巴特勒在此主持CVD研究项目。他戴着一个金戒指,上面镶着3颗精雕细刻、光芒四射的钻石,分别为白色、绿色、红色,它们要么是人造的,要么在实验室里改良过。“如今科技发达,我们所‘种’出来的钻石巧夺天工,比天然钻石还要完美,”他说,并从办公桌下拉出一个金属盒子,里面装满了钻石。有些较小,方方正正,微呈黄色,有些是透明的圆片。他拿出一个像茶碟那么大的晶片,它在荧光灯下闪着光芒。“这是金刚石,”他说:“可以制造航天飞机的窗户。”
军方对“实验室钻石”的多种用途非常感兴趣,但巴特勒只愿透露一二,比如制造激光器、防损涂料或生化武器探测仪。巴特勒与化学家罗伯特·汉默斯联手,已经造出了可以探测DNA或蛋白质的传感器样机。
迄今为止,实验室里种出来的最大的单晶体钻石约为0.7英寸×0.2英寸×0.2英寸,即15克拉重。这块“宝石”并未藏在什么隐秘之处,它就放在华盛顿某大学一所普通屋子里,房间内堆满了测量仪和显微镜,还有奇怪的脚踏车和非洲鼓。这是卡内基研究所地球物理实验室主管拉塞尔·海姆利的办公室,他从1995年起就利用CVD技术“种”钻石,谈话间会不时从裤兜里掏出一颗。
海姆利和同事主要研究物质在极大压力下会发生什么变化。他们将物体放进“钻石砧夹”中挤压,这个砧夹实际上就是一个强有力的老虎钳,两端用的是钻石。几年前,海姆利制造出了已知的最坚硬钻石。他先是在实验室里“种”出一颗钻石,然后把它放到高压、高温的熔炉中,改变其原子结构。在检测时,这颗石头把海姆利的硬度测量仪都搞坏了,而这个测量仪本身就是用钻石制成的。以这颗超硬的钻石为砧板,海姆利继续实验,将施加给物体的压力增加到海平面气压的400万到500万倍。
“在极端情形下,物质的表现非常不同,”他说:“压力使所有物体都发生转变,使气体变成超导体,或者产生一些新奇的超硬物质。你可以改变元素的性质。”比如,他发现,在高压之下,氢气可以和铁的晶体融合。海姆利相信,氢可能是构成地核的物质之一。他还发现,有两种普通的细菌,包括肠道微生物E·大肠杆菌,能在巨大的压力下自下而上。他将这些微生物放进水里,然后慢慢夹紧钻石砧夹。水很快变成密实的冰块,但有约1%的细菌存活下来,甚至在表面到处游动。海姆利认为,这表明我们知道的生命体可能会存在于太阳系的其它星球上,比如在木星某个卫星的地壳之下。
海姆利希望很快就能打破自己所创造的“实验室最大单晶体钻石”记录。不清楚是谁造出了最大的多晶体钻石,但一个名为元素六的公司可造出8英寸宽的钻石晶片。已开采出的天然钻石中最大的一颗名为Cullinan,切割前重量超过3000克拉(约1.3英磅)。迄今为止我们在宇宙中发现的最大钻石是一颗小行星,它位于50光年之遥的人马座,宽2500英里,重达100亿万亿克拉。天文学家认为它曾是某个星球的核心,给它取名Lucy,披头士还为它写过一首歌。
其实,天然钻石也并非特别稀有,2006年全球开采的钻石超过75000磅。它之所以成为贵重商品,是因为人人都以为它很贵重,它就像地质学意义上的一束红玫瑰,象征着浪漫,但其实非常普通。
现代社会的“钻石崇拜”主要源于南非的DeBeers公司——全球最大的钻石生产商。1940年代之前,钻石戒指极少被用作订婚的礼物。但是DeBeers公司的营销攻势在人们心目中确立了这样一个概念:钻石是爱情最好的象征。其宣传口号“ADiamondIsFor-ever”(钻石恒久远,一颗永流传)1948年首次启用,成为史上最成功的广告宣传之一。DeBeers公司几乎100%地控制钻石供应,几十年来它小心翼翼地囤积钻石,以便将钻石的价格及利润保持在非常高的水平。虽然近年来加拿大和澳大利亚的竞争对手抢走了DeBeers部分市场,但它依然控制着全世界三分之二的未加工天然钻石。
“种”钻石的人给DeBeers公司及其它天然钻石厂家带来了挑战。阿波罗公司的口号是“ADi-amondIsforEveryone”(钻石恒永久,人人可拥有)。尽管制造无色钻石成本和开采天然钻石大致相等,但该公司生产的粉红色、蓝色、香槟色、摩卡色和棕色钻石零售价要比同色天然钻石便宜大约15%,这些颜色非常稀有,比白钻石贵得多。同时,消费者接受高质量的人造钻石还有别的理由:钻石开采会引发地质侵蚀和污染,使野生动物丧失栖息地。南非军阀还利用钻石资源购买军火,为叛乱者提供资金支持,正如影片《滴血钻石》中所描述的那样。演员特伦斯·霍华德的领针上镶的就是阿波罗“钻石”,他说:“在它们制造的过程中,无人受伤害。”
也有几家公司模仿天然钻石成形过程制造钻石,也就是1950年代科学家们发明的办法,只是稍加改进,它要求温度超过华氏2000度,压力超过地球海平面气压的50倍,比CVD要严格。虽然设备像洗衣机那么大,但造多的钻石顶多6克拉。这种HPHT(高压高温)钻石比CVD钻石含氮量高,因此呈琥珀色。但与CVD技术相比,它有一个显著优势:便宜。1克拉的琥珀色天然钻石零售价可以超过2万美元,但同样重量的HPHT钻石只卖大约6000美元。不过其生产商Gemesis表示,没人会将钻石卖得太便宜,以免市场崩溃。
只用普通工具,宝石学家也很难分得清天然钻石和人造钻石(当然像氧化锆那样的假钻石是很容易鉴别的。)DeBeers公司销售专用鉴别机器,但不是任何时候都有效。有种鉴别办法是将钻石在液氮中冷却,然后对它发射激光,仔细检测光线如何穿过钻石。可这种鉴别需要的设备十分昂贵,而且要花几个小时。不过,阿波罗和Gemesis这两家最大钻石制造商会用激光在产品上刻下特殊标记,用专门的小型放大镜可以看见。去年,“美国宝石协会”开始根据克拉、切割工艺、颜色和透明度给“实验室钻石”定级,并颁发证书。
对此钻石开采公司十分不满,声称并非闪闪发光的就是钻石。DeBeers公司坚称,钻石应该是天然的、未经加工的、经历了数百万年历史的。“钻石是特殊的稀有之物,其与生俱来的价值是人造产品不具备的,”其新闻发言人林内·古尔德表示:“当人们想纪念独一无二的关系时,他们需要一颗独一无二的钻石,而非短短3天就能生产出来的人造石头。”(事实上,DeBeers投资了制造工业钻石的元素六公司。)“珠宝商警戒委员会”(JVC)一直游说联邦贸易委员会,希望禁止钻石制造商宣称他们的石头是“种”或“养”出来的,钻石开采商一直采用消费者比较反感的“人造”或“合成”一类词语。
自20多年前开始研究CVD技术,罗伯特·里纳瑞就希望钻石会成为电子学的未来。几乎每个电子产品内部都有一个传导电流的半导体,基本由硅制成。但硅有两大明显缺点:易碎,易过热。相形之下,钻石坚固,又耐高温,携带电流时所受干扰也最小。现阶段用钻石替代硅的最大障碍就是钱———硅是世界上最普通的材料之一,其生产设施也相当完备。
阿波罗公司已经利用其在钻石上挣来的利润挺进2500亿美元的半导体行业,并与合作伙伴同生产一种特定用途的半导体,开始销售1英寸的钻石晶片。在我离开前,布莱恩把我带到一个体育馆似的建筑,那里空空如也,只有粗大的电缆像蛇一样趴在地板上。他告诉我,这里很快就会堆满30部钻石生产机器,将阿波罗公司的产能翻上一番。这将是全球首家钻石工厂。“以前曾经有青铜时代和钢铁时代,”他说:“接下来将是钻石时代。”编译:Dawn