玻璃可能是歷史上最常被忽視的材料。它對(duì)我們的生活至關(guān)重要，甚至比塑料都要更重要。對(duì)我來說，一個(gè)沒有玻璃的世界比一個(gè)被地球化的火星更難以想象 (大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為，這實(shí)際上是不可能的)。如果沒有這個(gè)我們身邊的奇跡，你就不可能使用觸屏手機(jī)、打開玻璃電燈、從窗戶看到美景、戴上眼鏡、享用床頭柜上玻璃瓶中的飲品。你將無法收到電子郵件、電話或上網(wǎng)。

在《大西洋月刊》的一篇文章中，玻璃被稱為“人類最重要的材料”。道格拉斯?梅因（Douglas Main）寫道:“為了能互聯(lián)你我，這些文字被編碼成光信號(hào)，通過光纜以每秒 300 000 千米的速度傳輸，”這些信號(hào)跨高山，潛海底，穿過城市和國家，遍布全球。這些光纜里面的玻璃比人的頭發(fā)還細(xì)，“比最純凈的水還要透明 30 倍”。玻璃讓我們看到和被看到，聽到和被聽到，照亮我們的房間、生活和思想。

從熱力學(xué)的觀點(diǎn)上看，玻璃有向固體轉(zhuǎn)化的傾向。

但玻璃是一種有趣的材料，一部分原因是玻璃這個(gè)詞本身是一個(gè)通用術(shù)語，它指的不是具有特定化學(xué)配比的某種物質(zhì)，而是可以由“無窮無盡的配方”制造出來的、具有特定結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)。然而，當(dāng)我們談及“玻璃”時(shí)，我們把它理解為一種非常具體的東西: 它是一種堅(jiān)硬而易碎的材料，但在足夠的熱量下它能夠變得粘稠和可流動(dòng)。有時(shí)玻璃被錯(cuò)誤地認(rèn)為是液體，因?yàn)榧词乖诶鋮s的狀態(tài)下，玻璃也會(huì)發(fā)生蠕動(dòng) (盡管非常緩慢)。玻璃不像巖石那樣的固體一樣，因?yàn)樗姆肿硬幌袢魏尉w那樣組織嚴(yán)密。鉆石具有非常規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)，冰和結(jié)晶的蜂蜜也是如此，但玻璃沒有。雖然玻璃比冰塊更堅(jiān)實(shí)可靠，但在分子水平上，玻璃分子排布的有序度要低得多。

在材料科學(xué)中，玻璃通常被認(rèn)為是一種“無定形固體”。毛羅（John C. Mauro）說，既不是液體也不是固體。

毛羅曾是一名發(fā)明家，現(xiàn)在是賓夕法尼亞州立大學(xué)的工程和材料科學(xué)教授。自從他 6 歲時(shí)參觀了紐約的康寧玻璃博物館以來，他就對(duì)玻璃著迷了。他回憶說自己被這些顏色和形狀“迷住”了。如今，他比幾乎任何人都更了解玻璃的功能，但他對(duì)這種物質(zhì)仍懷有敬畏之情?！安Ａ且环N獨(dú)特的東西，”他說，“它打破了固有模式?！?/p>

從熱力學(xué)的角度來看，毛羅教授解釋道，玻璃具有變?yōu)楣腆w的傾向。從分子層面上來看，與固體相比，玻璃表現(xiàn)的更像是一種具有黏性的流體，而不是固體，但我們把它看作是固體，因?yàn)椴ＡХ肿拥囊苿?dòng)速度很慢?！皬恼軐W(xué)上講，我們觀察的玻璃是很有趣的，” 毛羅說，“當(dāng)我們研究其它物質(zhì)時(shí)，我們會(huì)了解清楚玻璃?！比欢?，就在我們的眼皮底下，有一個(gè)科學(xué)奇跡 —— 一種以迷人的獨(dú)特方式表現(xiàn)的物質(zhì)，一種難以輕易分類的物質(zhì)。它構(gòu)成了我們的透鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、屏幕和眼鏡。玻璃讓我們能夠更明晰地洞察這個(gè)世界，然而我們卻很少真正關(guān)注過玻璃。

正是玻璃這種隱藏的微觀行為使玻璃成為一種承載美的奇特容器，這與我們小時(shí)候所學(xué)到的有關(guān)物質(zhì)狀態(tài)的知識(shí)背道而馳。我們平時(shí)接觸的是：物質(zhì)有三種狀態(tài)：固體、液體、氣體。這在任何天馬行空想象中都不罕見。盡管如此，玻璃還是很特別的。

玻璃主要是一種人造物質(zhì)。雖然自然界中確實(shí)存在一些天然玻璃，如黑石和滑石，但絕大多數(shù)玻璃都是人類高溫?zé)?/strong>的。據(jù)我們所知，玻璃的起源可以追溯到美索不達(dá)米亞的青銅時(shí)代。大約 4000 年前，人類開始熔化二氧化硅（沙子或碎石英），并將其與少量石灰石和蘇打灰混合。根據(jù)普林尼的說法，玻璃的發(fā)明是一個(gè)愉快的意外：這位羅馬歷史學(xué)家認(rèn)為玻璃是腓尼基水手在海灘野餐的過程中意外得到的，但由于當(dāng)時(shí)沒有火焰能夠達(dá)到融化沙子的溫度，這種觀點(diǎn)值得懷疑。當(dāng)代歷史學(xué)家認(rèn)為，玻璃可能是在制作陶瓷或加工金屬的過程中發(fā)現(xiàn)的。相比于烘焙面包或烤羊腿，這兩種工藝要求更高的燒制溫度和更長的燒制時(shí)間。

在物質(zhì)世界的所有玩家中，玻璃是一位妙手魔術(shù)師。

已知的最古老的玻璃制品在使用和加工方式上與寶石相似，人們通常采用冷加工而非熱加工，采用切削而非熔化的方式加工玻璃。匠人們將玻璃切削、打磨，然后鑲嵌在珠寶中。在某個(gè)時(shí)刻，我們的遠(yuǎn)祖發(fā)現(xiàn)了如何在模具中鑄造玻璃來生產(chǎn)器皿。在吹玻璃的技藝得到推廣之前，工匠們已經(jīng)能夠制造玻璃錦磚、小鏡子和許多不同類型的器皿，這些器皿可以用來儲(chǔ)存葡萄酒、香水、藥品和其他有價(jià)值的物質(zhì)。

在公元元年前后，由于羅馬人的推廣和他們嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝，玻璃獲得了巨大的成功。吹玻璃（一種從敘利亞傳到羅馬的技術(shù)）使工匠（通常是奴隸）能夠比以前更快地制作玻璃杯子和碗。市場上開始出現(xiàn)了廉價(jià)的玻璃杯。很快，玻璃在普通羅馬人中的受歡迎程度就可以與陶瓷相媲美。藝術(shù)家們開始用玻璃嘗試更豐富的藝術(shù)形式，創(chuàng)作了羅神杰納斯面花瓶和裝飾著靡樂場景的酒瓶。建筑商開始使用玻璃建造窗戶，但由于玻璃渾濁且厚重，采用玻璃的目的與其說是為了照明，不如說是為了安全和隔熱。我們在整個(gè)羅馬和周邊城市都發(fā)現(xiàn)了玻璃窗存在的遺跡，包括龐貝的豪華瓷磚、保存完好的澡堂。

另一種玻璃制品 —— 透鏡的起源時(shí)間卻難以追溯，因?yàn)樵诠曛暗囊欢螘r(shí)間就已經(jīng)出現(xiàn)了透鏡。在在公元十世紀(jì)的伊斯蘭世界，光學(xué)興起并成為了一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，數(shù)學(xué)家和科學(xué)家在理解和調(diào)控光方面取得了長足的進(jìn)步。在文藝復(fù)興期間，哲學(xué)家、科學(xué)家和思想家都在使用透鏡來觀察物理世界 —— 我們頭頂?shù)暮阈牵?608 年發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡）和以及腳下的大地（1625 年制成顯微鏡之后）。長期以來，玻璃一直被視為一種能夠提供字面意義上的光明的材料，但值得記住的是，玻璃也為我們的許多啟蒙奠定了基礎(chǔ)。

啟蒙運(yùn)動(dòng)的時(shí)代，幻燈會(huì)誕生了?；脽魰?huì)是一種戲劇娛樂形式，有些人覺得它可怕，但也有人覺得它充滿希望 —— 這取決于人們選擇如何觀看。

玻璃能拓寬我們的視野，但不一定能加深我們的理解。

幻燈會(huì)是一種瘋狂而詭異的聚會(huì)。在這期間，客人會(huì)看到被投射到墻上、煙霧或半透明屏幕上的靈魂、惡魔和其他可怕人物的移動(dòng)圖像。這種帶有精神色彩的光影秀是通過新舊發(fā)明的結(jié)合實(shí)現(xiàn)的，這些發(fā)明包括魔燈、放大鏡、胡椒鬼和其他可以用來調(diào)控光線和視覺效果的玻璃工具。

第一次大幻燈會(huì)發(fā)生在 1790 年代大革命后巴黎的一家劇院里。伴隨著玻璃口琴的詭異背景音樂，在完全黑暗中等待了幾分鐘后，觀眾開始看到空中出現(xiàn)了各異的形狀，看起來是漂浮和滑翔在空中的光影圖形。這些“鬼魂”蒼白而逼真，能夠說話、叫喊、哭泣。其中一個(gè)“鬼魂”是流血的修女，先是不斷靠近，而后再逐漸遠(yuǎn)去。后來的幻燈會(huì)會(huì)涉及最近去世的公眾人物的鬼魂，據(jù)說這些魂魄是被科學(xué)力量招來的。因?yàn)檫@些節(jié)目就是這樣宣傳的：這是科學(xué)與宗 教、信仰和啟蒙之間的交叉。它們很可怕，但也很滑稽。

我們乞求被愚弄也乞求開悟。人類喜歡奇觀。在物質(zhì)世界的所有玩家中，我認(rèn)為玻璃是終極的魔術(shù)師。盡管玻璃可以照亮房間和生活，但它也會(huì)扭曲現(xiàn)實(shí)，掩蓋真相。就像攝影可以作為真實(shí)事件的記錄，同時(shí)也可以掩蓋最基本的事實(shí)一樣，玻璃可以拓寬我們的視野，但不一定能提高我們的理解力。

在當(dāng)代生活中，我們大多數(shù)人比我們想象中的要更依賴玻璃：玻璃不僅被應(yīng)用于我們的擋風(fēng)玻璃和窗戶中，還存在于我們腳下的光纜中，這些光纜具有重要的意義。毛羅在接受采訪時(shí)表示：“現(xiàn)在我們通過玻璃屏幕對(duì)視。”這讓我強(qiáng)烈意識(shí)到我們之間的聯(lián)系是脆弱的。我們通過遠(yuǎn)程在線視頻會(huì)議軟件 Zoom 進(jìn)行交談。毛羅繼續(xù)說道：“如果沒有玻璃，我們就不會(huì)有平板、手機(jī)等一系列信息終端。所有這些都是利用我們稱之為光纖的超細(xì)玻璃絲通過光信號(hào)傳輸?shù)?。”沒有玻璃，他說，我們就無法體會(huì)到什么叫做現(xiàn)代建筑、人工光源、自然光源、汽車以及最重要的，如此豐富的信息。

毛羅強(qiáng)調(diào)玻璃的好處。它使我們能夠儲(chǔ)存疫苗、檢查細(xì)胞和凝視星星。但他認(rèn)為，玻璃和所有技術(shù)一樣，其核心是“中性的”。他說：“當(dāng)我想到光纖時(shí)，我會(huì)想到它為通信的廣泛應(yīng)用所做的所有好事，但它也造成了很多傷害?！比藗兡軌蚶蒙缃幻襟w“散布謊言和仇恨”。

我們利用玻璃來講述我們個(gè)人的真相，但我們也可以用它來制造虛假的敘事。如果沒有玻璃瓶，我就無法接種疫苗，但如果我們口袋里沒有玻璃屏幕，我們也不會(huì)看到反疫苗陰謀論的迅速傳播。如果沒有玻璃管，德國吹玻璃工海因里希?蓋斯勒就無法觀察到陰極射線，歐內(nèi)斯特?盧瑟福就無法發(fā)現(xiàn)原子核中所含的能量，我們就沒有核反應(yīng)堆或原子彈。我們不會(huì)知道，當(dāng)原子彈爆炸時(shí)，它有能力把沙子變成玻璃，形成星形的碎片，這些碎片散落在爆炸現(xiàn)場，直到幾十年后才被人們發(fā)現(xiàn)。也許我們的信念不會(huì)那么不確定，那么不穩(wěn)定。

雖然我同意毛羅的大部分說法，但我不確定玻璃是否真的是中性的，或者是否有任何技術(shù)可以說是中性的。我認(rèn)為將玻璃這種技術(shù)稱為中性技術(shù)僅是一種概括，就像我們稱玻璃為固體一樣。并且評(píng)判玻璃這種技術(shù)是否為中性遠(yuǎn)比界定玻璃是否為固體更模糊。技術(shù)不是惰性的。它不是一塊石頭；這是一種語言。就像一種語言一樣，我們必須接受它的多種用途。我們可以祈禱；我們可以說謊。有時(shí)，我們會(huì)同時(shí)做這兩件事。

但這就是人類的歷史。玻璃的產(chǎn)生和推廣是一連串的事件，由一件事導(dǎo)致另一件事，有時(shí)這些連鎖反應(yīng)以災(zāi)難告終，有時(shí)以美好告終。當(dāng)你從一個(gè)角度看它時(shí)，玻璃會(huì)顯得充滿美麗，折射出的虹光在億萬年中流光溢彩。從另一個(gè)角度看它時(shí)，這是地獄之火。

作者：Katy Kelleher

翻譯：*0

審校：藏癡

原文鏈接：TheStrange life of glass

本文來自微信公眾號(hào)：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Katy Kelleher

廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。