鲁伯特之泪是什么？子弹都无法穿透的玻璃，为何却一捏就碎？

在《三体》小说第二部中，三体文明向太阳系发射了十个名为“水滴”的探测器。“水滴”拥有极为坚硬的外壳，强度超过太阳系中的任何材料。

但你知道吗，“水滴”不只存在于科幻当中。早在四百年前的17世纪，人类就已经发明出自己的“水滴”了——它坚硬到能击碎子弹；但只要“捏住水滴的尾巴”，它就会瞬间爆裂四溅，粉身碎骨。

这个神奇的“水滴”，被称为“鲁珀特之泪（Prince Rupert's Drop）”。

鲁珀特之泪的制作方法并不复杂。用高温将玻璃烧到融化，将液态玻璃滴到冷水中，就有机会形成一颗鲁珀特之泪。随便找一间玻璃工坊，老板都可能告诉你他成功制成过。

如此简单就可以制作而成的水滴，为什么强到子弹都打不过，又为什么只要捏一下它的尾巴就会一整个碎掉呢？

鲁珀特之泪的神奇特质，需要从它的形成过程来解释。

将熔化的玻璃滴入冷水中，玻璃的表面会迅速冷却成固体，形成一层外壳。玻璃的内核也会逐渐凝固，同时因为热胀冷缩，冷却后体积会缩小。

但内核没有和冷水直接接触，冷却的速度比表面慢。内核还在凝固收缩的时候，表面已经变成了固体的外壳。

外壳和内核相连，外壳却不会和内核一样变形，所以内核在收缩过程中对外壳产生往内“拽”的拉力，这就把外壳拽得特别紧实，从而让玻璃的表面变得非常坚硬。内核对外壳的这个力是一种“压应力”。

我们可以通过偏光镜看到鲁珀特之泪这种应力的分布。

什么是应力（yìnglì）呢？

想象一下，桌面上有一块木头，用手指去挤压。把木头分成两层来看，上层A，下层B。上层的A被手指挤压了，可是A没有分崩离析，原因在于下层的B给了它支撑力。物体内部存在着这样的相互作用力。

应力的算法是力除以面积，可以理解为一种压强。

鲁珀特之泪头部形成的应力高达7000个大气压，相当于1只7吨的大象站在一个大拇指上，如此坚硬也就不足为奇了。

虽然鲁珀特之泪的内部存在有很大的应力，但由于尾部的体积或者说表面积非常小。很大的应力乘上很小的面积，需要破坏的力就不需要多么大了。

同时，一旦破坏了尾部的结构，还会连带着破坏玻璃的外壳和内核之间的受力平衡，所以只要捏一下尾部，整个鲁珀特之泪都会破碎。

这种碎裂的原理叫做“裂纹扩展”，尾部的裂纹瞬间传遍全体，使整个玻璃都支离破碎，裂纹的传播速度甚至可以达到每秒1900米，是音速的5倍还要多。

那，它为什么这个神奇的玻璃水滴被称作“鲁珀特之泪”（Prince Rupert's Drop，PRDs）呢？

其实，这和鲁珀特王子关系匪浅，相传这种水滴发明于荷兰地区，在1660年，由鲁珀特王子把这些玻璃制品带给了英国国王查理二世，查理二世又于1661年把这些水滴交给了英国皇家学会进行科学研究。

而后，这种玻璃水滴在伦敦成为了极为时髦的新奇玩具，出现在各种酒吧、晚宴和书店里，被当时的人们叫做鲁珀特之泪。

皇家学会的一些早期出版物也介绍了这种玻璃水滴的情况，描述了所做的实验。

1665年科学家罗伯特·胡克通过无数次的观察研究，最后在他风靡一时的科学著作《显微图谱》中，正确地阐述了关于玻璃水滴的大部分物理特性及原理。

但无奈，他和同时代的研究者对鲁珀特之泪裂纹扩展的理解并不充分，直到1920年，A.A.格里菲斯才为这些研究提供了公式。

1994年，研究者们发表了这张由高速摄影机拍摄，帧率为50万/秒的研究图像，第一次捕捉到鲁珀特之泪破裂瞬间。在今天，影像技术的发展这一瞬间可以更加详尽地被呈现。

这些图片和视频或许并不会让你和我感到震撼。但这对360年前在显微镜下观察水滴的罗伯特·胡克来说，应该是无比向往的“细节”。