一沙一世界——用大科学装置探寻兵马俑紫色的秘密

1974年，陕西秦陵附近的农民在挖井过程中，在秦陵东边发现了一群陶俑，它们数量巨大，每个都栩栩如生，而且高度都接近一米八的真人身高。这个工程因其在规模、执行、艺术等方面所具有的重要意义，以“中国的神奇发现”之名，登上了美国《国家地理》杂志的封面。 上海科技大学物质学院教授刘志2003年去西安兵马俑参观的时候，看到两个带颜色的俑正在1号坑外面的大厅里展出，其中跪射俑的裙子是紫色的。由于历史上迄今没有天然的紫色颜料，当志马俑一个不怎么特殊的俑上带有紫色时，他特别兴奋地想了解那紫色到底是怎么来的、是不是由红色和蓝色混合成的，于是由此着手，开始了一系列的研究。最近，在由上海科技大学举办的线上科普讲座中，刘志教授以《一沙一世界——从兵马俑的颜色说起》为题，讲述了自己通过X射线、电子显微镜等现代先进科技探测工具和手段看到的“中国紫”晶体结构、表面形貌和体相元素分布，以及从中了解到的其千年前的合成过程。结合法国著名历史学家、语言学家让·弗朗索瓦·商博良（Jean- François Champollion）和英国的物理学家托马斯·杨（Thomas Young）曾经解读大英博物馆的镇馆之宝——罗塞塔石碑上面的古埃及文字，使今人得以理解古埃及人的生活，甚至能够听到古代法老的声音和看到农民是如何打鱼的，刘志表示，科学家的工作就是制造自己的工具——罗塞石”编科学的“字典”，把发现的每一个方程都写到这部“字典”里去，从而搭建已知和未知之间的桥梁，解密未知。在宏观层面，科学家们有爱因斯坦的广义相对论方程等重要工具，像上海光源和硬X射线自由电子激光装置这样的大科学装置，则是探索微观世界的“探照灯”和“闪光灯”，能够让大家看到更多微观世界的精彩。 “中国紫”是否源于“埃及蓝”？ 据刘志介绍，由于没有天然的紫色染料，人类在过去能够做到的紫色（Tyrian purple）染料是通过研磨地中海的贝壳，再进行各种加工后提取出来的，是有机物，但是要制造1克这样的染料需要9000个贝壳。这种染料由于十分稀少、昂贵，因而又名“皇家紫色（royal purple）”，也就是说，只有皇家才用得起。 在刘志之前，别的科学家也曾对紫色产生过好奇并进行研究。1983年和1992年，两位美国的考古学家在中国汉代的陶瓷上发现了紫色和蓝色，他们称这两种颜色为“汉蓝”和“汉紫”。2000年和2002年，奥地利人Berke和H.G.Wiedemann先后发现了“中国紫”和“中国蓝”是如何合成的，特别是中国紫的主要成分硅酸钡铜有一个严格的合成温度范围，