ダイヤモンドの輝きに重要な屈折と分散について

◆屈折

まず、光の屈折とはどんなものなのでしょうか？光の屈折は「ある物質内を通っていた光が、別の種類の物質内に入る」ときに起こります。空気や水、ガラスなどの物質はたくさんの原子や分子が集まってできています。空気や水を構成する分子の種類や数が違うと、光の進みやすさに差がうまれるのです。たとえば空気と水であれば、空気中の方が光の進む速度が速く、水中では空気中よりもやや遅くなります。光の進むことのできるスピードが変わると、光の進行方向が変わります。空気中から水中に進んだ光はスピードが遅くなるため、屈折するということです。

光が異なる物質に進んだときに、変化する速度が大きいほど、屈折は大きくなります。反対に、同じ物質中を進むのであれば、基本的に速度が変化しないので、屈折は生じません。それぞれの物質内で光が進むとき、その速度と”真空中を進む光の速度”の比を「屈折率」といいます。物質の屈折率の差が大きいほど（＝光の速度の差が大きいほど）大きな屈折がみられるのです。そして、ダイヤモンドは、彗星とともに宇宙からやってきて、地球上の生命の源になった、「炭素」という安定した一つの種類の原子同士がたくさん結びついた結果、生まれました。

この特殊な物体は、密度や屈折率の特別の石として成長します。重くて特別に硬かったり、光がはね返されて特別に通過しにくくなったりする現象です。屈折率が大きいと、石の表面はガラスと同じように見えますが、光は極端にはね返される量がとても多くなります。これを「ダイヤモンド光沢」といいます。

◆分散

中に入った光は、内部で跳ね返って、ようやく外に出ることになります。すると、外では無色透明で白かった光が、赤紫、青、緑、オレンジ、赤のように、光のスペクトルとなって戻ります。ダイヤモンド用語で「ファイヤー」と呼ばれる、この宝石の最も美しい現象です。この、物質の境目で異なる方向に光が曲がる現象を「光の分散」と言います。これは光の色によって屈折率が異なるために起こります。もともと、私たちの目に映る光は、さまざまな色の光が「足し算」されて「白」に見えています。それが物質を通過することで、何色にも分かれるのです。身近な例として、虹が挙げられます。太陽の光が雨粒を通過することで光が分散されて、七色の虹になります。ダイヤモンドはこの雨粒と同様に光の分散率が高く、光を七色に分ける性質を持っています。

このように光が分散することによって、ダイヤモンドは輝いて見えるのです。また、ダイヤモンドの硬度は地球上の物質の中でもトップクラスです。ダイヤモンドに傷をつけることができる唯一の物質はダイヤモンドです。その無比の硬度は結晶の構造によるものです。ダイヤモンドの結合は「共有結合」といって、一つひとつの原子(分子)の結合が他の結晶とは異なり、非常に強くなっています。この共有結合による硬さのおかげで、滑らかな表面を作ることを可能にし、鏡のような表面反射を作り出すことができるのです。これがダイヤモンドの輝きとなっています。

ラウンドブリリアントカットと、屈折率

ダイヤに入射した光は、内部で跳ね返って、再び外に放たれるとご紹介しましたが、ではなぜあんなに強く輝くのか？それはダイヤが一番輝くカット法、ラウンドブリリアントカットが施されているからです。このカット法は17世紀に発明されたといわれていますが、ダイヤの屈折率と光の反射を計算して、ダイヤモンドが一番輝く形（プロポーション）が創られました。

しかしプロポーションもちょっとでも狂えば、ダイヤの輝きが劣ることになります。Excellentカットされたダイヤに光が入射すると、光はダイヤ内で全反射され再びダイヤ外へ放たれます。しかしカットが深すぎたり浅すぎた場合、光は全反射せずダイヤ底部より漏れ、輝きが劣ることになるのです。ではなぜExcellentカットされたダイヤは、光を漏らさないのでしょうか？それはダイヤの屈折率が関係してきます。

屈折率

水やガラスなど透明なもの（物質）に光が射し込むと、道すじが折れ曲がるのが屈折です。このときに、光を屈折させる強さを示したのが屈折率です。光が物質に対して斜めにさし込んだとき、空気と水など２つの物質の屈折率の差が大きいほど、より大きく曲がるのです。例えば水の屈折率は約1.3、ガラスは1.4～2.1ですが、ダイヤモンドは約2.4。天然の物質の中では圧倒的に高い屈折率を持っています。つまりダイヤモンドに周囲から光がさし込むと、他の物質より大きく曲がる…ということです。また屈折率が高いと、物質の内部で反射が起きやすくなります。夕日や遠くの景色が水面で反射して私たちに見えるように、光は浅い角度で物質に射し込むと反射します。屈折率が高い物質は、低い物質にくらべ大きな角度で差し込んだ光も反射するため、宝石の内部に射し込んだ光の多くが、屈折や反射をくり返してはね返り、眼にとどくのです。

先ほどダイヤモンドは屈折率が圧倒的に高いと申し上げましたが、屈折率が高いということは臨界角が狭いということになり、それだけ光を逃がしにくいということになるのです。ダイヤモンドは屈折率が高く、そのため臨界角は非常に狭くなっているためダイヤに入射した光は外に漏れにくく、反射を繰り返して再びダイヤ上部より放たれることになります。この屈折率の高さを利用して、ダイヤが一番輝くように作られたのがラウンドブリリアントカットというわけです。

ラウンドブリリアントカットされたダイヤの輝きは、ダイヤの屈折率が大きく関係しており、ダイヤモンドだからこそ輝くものであって、屈折率が異なるガラスや水晶ではあのような輝きを放つことは不可能なのです。

ダイヤモンドに近い屈折率を持つ、類似石

屈折率が圧倒的に高いダイヤモンドですが、ダイヤモンドの類似石として使われている宝石も、ダイヤモンドに劣らない輝きを持っています。そんな類似石をご紹介いたします。

【ジルコン】

ジルコンは、合成石というイメージをお持ちの方も多いかもしれませんが、天然石です。ジルコンには無色の他、青、黄、緑などのカラーバリエーションがあります。特に無色透明なジルコンがダイヤモンドの代用品として頻繁に利用され、比較的安価な婚約指輪として流通しています。「ダイヤモンドより安い石」としての認識が強くなってしまいがちですが、ギリシャ時代から価値の高い石として認知されていた背景もあり、決してチープな石ではありません。ジルコンとよく似た名前の宝石に「キュービックジルコニア」があります。ジルコンと混合されて認知されやすいですが、両者はまったく別物です。ジルコンには微量の放射性物質を放出しているとの報告もありますが、人体には影響がないレベルとのことです。

【キュービックジルコニア】

キュービックジルコニアは、ダイヤモンドに似せて人間が作り出した合成石です。キュービックジルコニアは英語で書くとCubicZirconiaで、この頭文字を取り”CZ”と表記されていることもあります。キュービックジルコニアは複数の素材を合成して作られており、主原料のひとつにジルコニアが挙げられます。キュービックジルコニアに含まれる「ジルコニア」という成分の名称が「ジルコン」に似ていることから混同されることが多いようですが、ジルコニアを原料としたキュービックジルコニアとジルコンは別物です。キュービックジルコニアの価格はダイヤモンドの100～1000倍安い価格で取引されているため、安価でアクセサリー作成することができます。

例えば、ダイヤモンドが20万円だとしたら同じサイズのキュービックジルコニアでは200円となります。ダイヤモンドと比べると柔らかいため、傷がつきやすかったり、カットが甘かったりします。ですが、小さいサイズのジルコニアは、一目見ただけではダイヤモンドと見分けるのはとても難しい代物です。

【モアッサナイト】

炭化ケイ素の水晶石であるモアッサナイトは自然界にも存在しますが、とても希少で流通しているもののほとんどが合成石です。屈折率や熱伝導率が極めてダイヤモンドと近いため、開発当初は「ダイヤモンドテスター」と呼ばれる本物のダイヤモンドかどうかを判別する機械を使用しても、判別が困難だったと言われています。一昔前は若干色がついていたため、そこで判断ができていたのですが、現在では無色に近いモアッサナイトも流通しているため、ルーペで見る判断方法だと識別はとても難しいです。最新のダイヤモンドテスターでは、モアッサナイトもしっかりと判別してくれるようになりました。

ダイヤモンドとモアッサナイトの比較はカラーなどでも行うことが可能ですが、モース硬度と呼ばれる石の硬さを測定することで判断します。ダイヤモンドが最高値の10、モアッサナイトは9.24ですが、これは手軽に自宅では判定できません。

【合成石】

合成石はダイヤモンドと同じ元素で人工的に作られているものを指します。ジルコニアやモアッサナイトは別の素材で作られていましたが、合成石ではダイヤモンドと同じ炭素を利用します。また、ダイヤモンドとしても売られている場合が多く、査定のプロが見ても見分けが難しいものも存在しています。他の代替品ではあくまで“似ている”程度でしたが、この合成石は“人工的に作られたダイヤモンド”なのです。昔は合成技術が進んでいないこともあってか、ルーペを使うことで本物か偽物かを判別することが可能でしたが、現在の精巧に作られた合成石ではルーペだけではほぼ難しい状態となっています。ダイヤモンドの世界シェアが9割を誇るデビアスという企業があります。この企業は合成石のダイヤモンドの存在を否定していたのですが、現在では存在を認めています。

今では、デビアス自体が合成ダイヤモンドを作成しているくらいポピュラーなものになってもいます。しかも、デビアス製の合成ダイヤモンドの出来はとてもよく、市販のダイヤモンドテスターでもダイヤモンドとして表示されます。ちなみに、デビアス製のダイヤモンドテスターではチェックすることができるそうです。デビアス製の合成ダイヤモンドの流通が増えてきた現在では、0.5ct未満のダイヤモンドの相場が下落しています。それはデビアス製の合成ダイヤモンドはメインストーンではなく、脇石として利用されることが多く、0.5ct未満の本物のダイヤモンドの需要が減ってきているからだそうです。ダイヤモンドが欲しいけど手が届かない場合、もし迷っているのであれば、合成ダイヤモンドも選択肢に入れてみるといいでしょう。

本物のダイヤモンドとの見分け方

最後に、本物のダイヤモンドとの見分け方をご紹介いたします。ダイヤモンドと、ダイヤモンドに非常によく似た石の判別について、正確な判定はできないものの、ある程度のレベルまでは自宅で簡単に判別が可能です。屈折率や熱伝導率などを利用して、調べる方法をご紹介します。

【息を吹きかける】

これは、CZ（キュービックジルコニア）でもモアッサナイトでも使用できる方法です。熱伝導率を利用して、石に息を吹きかけてからの曇りがどのようになるかを目視することで、ダイヤモンドとそれ以外を見分けます。ダイヤモンドの熱伝導率は結晶内の共有結合が強固で非常に高いため、息を吹きかけてもすぐに曇りが消えます。CZやモアッサナイトは曇りが消えるスピードが遅いので、同時に両方の石が準備できれば検証が可能です。

【紙に書いた線を透かす】

アクセサリーなどに装飾されておらず裸の石の状態であれば、紙に書いた黒い線の上に乗せて判別する方法も試してみましょう。ダイヤモンドの場合にはその屈折率の影響で下に書いてある線を目視することができませんが、その他のほとんどの石では線を確認することができます。ただし、モアッサナイトで実験を行うとダイヤモンドと同じように線が目視できない場合もあります。モアッサナイトか本物のダイヤモンドかを判別する際には前項の「息を吹きかける」方法を利用してください。

【水と油性ペンを使う】

ダイヤモンドは油分に弱い性質があります。そのため、油性ペンなどで線を引くことが可能です。また水分を表面に垂らすと水滴が丸くなり、強く弾くのもダイヤモンドの特徴です。表面に平たく水滴が残っているなら、ダイヤモンドではない可能性があります。しかしどちらの方法も、大切なダイヤモンドが傷ついたらと心配になりますよね。最終的には、専門の鑑定機関で鑑定してもらうことが大切です。日本国内にもいくつもの鑑定機関がありますが、日本の宝石鑑定判定基準の統一化を行う法人であるAGLは鑑定実績や取扱量が共に安定しています。そのため、AGLに加盟している所に持ち込むのが安全です。こういった機関は個人の依頼も引き受けてくれますので、気軽に相談してみると良いでしょう。またこれからダイヤモンドを購入しようと考えているなら、必ず専門機関の鑑定書がついているかどうかを確認するようにしましょう。

まとめ

いかがでしたでしょうか？ダイヤモンドの一番の魅力は、その高い屈折率からなる輝きです。そして、類似石もダイヤモンドに劣らぬ輝きを持っています。以前は人工ダイヤモンドは｢偽物｣という認識でありました。しかし、天然ダイヤモンドは発掘の際に大規模な環境破壊を伴うことや、人工ダイヤモンドは安定した品質のものが作れることなどから、世界的に認められつつあります。ぜひ、ご購入や売却の参考にしていただければと思います。