玻璃：人类塑造的材料，也是塑造人类的材料

玻璃可能是历史上最常被忽视的材料。它对我们的生活至关重要，甚至比塑料都要更重要。对我来说，一个没有玻璃的世界比一个被地球化的火星更难以想象 (大多数科学家都认为，这实际上是不可能的)。如果没有这个我们身边的奇迹，你就不可能使用触屏手机、打开玻璃电灯、从窗户看到美景、戴上眼镜、享用床头柜上玻璃瓶中的饮品。你将无法收到电子邮件、电话或上网。

在《大西洋月刊》的一篇文章中，玻璃被称为"人类最重要的材料"。道格拉斯・梅因（Douglas Main）写道:"为了能互联你我，这些文字被编码成光信号，通过光缆以每秒 300 000 千米的速度传输，"这些信号跨高山，潜海底，穿过城市和国家，遍布全球。这些光缆里面的玻璃比人的头发还细，"比最纯净的水还要透明 30 倍"。玻璃让我们看到和被看到，听到和被听到，照亮我们的房间、生活和思想。

从热力学的观点上看，玻璃有向固体转化的倾向。

但玻璃是一种有趣的材料，一部分原因是玻璃这个词本身是一个通用术语，它指的不是具有特定化学配比的某种物质，而是可以由"无穷无尽的配方"制造出来的、具有特定结构特征的物质。然而，当我们谈及"玻璃"时，我们把它理解为一种非常具体的东西: 它是一种坚硬而易碎的材料，但在足够的热量下它能够变得粘稠和可流动。有时玻璃被错误地认为是液体，因为即使在冷却的状态下，玻璃也会发生蠕动 (尽管非常缓慢)。玻璃不像岩石那样的固体一样，因为它的分子不像任何晶体那样组织严密。钻石具有非常规整的晶体结构，冰和结晶的蜂蜜也是如此，但玻璃没有。虽然玻璃比冰块更坚实可靠，但在分子水平上，玻璃分子排布的有序度要低得多。

在材料科学中，玻璃通常被认为是一种"无定形固体"。毛罗（John C. Mauro）说，既不是液体也不是固体。

毛罗曾是一名发明家，现在是宾夕法尼亚州立大学的工程和材料科学教授。自从他 6 岁时参观了纽约的康宁玻璃博物馆以来，他就对玻璃着迷了。他回忆说自己被这些颜色和形状"迷住"了。如今，他比几乎任何人都更了解玻璃的功能，但他对这种物质仍怀有敬畏之情。"玻璃是一种独特的东西，"他说，"它打破了固有模式。"

从热力学的角度来看，毛罗教授解释道，玻璃具有变为固体的倾向。从分子层面上来看，与固体相比，玻璃表现的更像是一种具有黏性的流体，而不是固体，但我们把它看作是固体，因为玻璃分子的移动速度很慢。"从哲学上讲，我们观察的玻璃是很有趣的，" 毛罗说，"当我们研究其它物质时，我们会了解清楚玻璃。"然而，就在我们的眼皮底下，有一个科学奇迹 -- 一种以迷人的独特方式表现的物质，一种难以轻易分类的物质。它构成了我们的透镜、显微镜、望远镜、屏幕和眼镜。玻璃让我们能够更明晰地洞察这个世界，然而我们却很少真正关注过玻璃。

正是玻璃这种隐藏的微观行为使玻璃成为一种承载美的奇特容器，这与我们小时候所学到的有关物质状态的知识背道而驰。我们平时接触的是：物质有三种状态：固体、液体、气体。这在任何天马行空想象中都不罕见。尽管如此，玻璃还是很特别的。

玻璃主要是一种人造物质。虽然自然界中确实存在一些天然玻璃，如黑石和滑石，但绝大多数玻璃都是人类高温烧制的。据我们所知，玻璃的起源可以追溯到美索不达米亚的青铜时代。大约 4000 年前，人类开始熔化二氧化硅（沙子或碎石英），并将其与少量石灰石和苏打灰混合。根据普林尼的说法，玻璃的发明是一个愉快的意外：这位罗马历史学家认为玻璃是腓尼基水手在海滩野餐的过程中意外得到的，但由于当时没有火焰能够达到融化沙子的温度，这种观点值得怀疑。当代历史学家认为，玻璃可能是在制作陶瓷或加工金属的过程中发现的。相比于烘焙面包或烤羊腿，这两种工艺要求更高的烧制温度和更长的烧制时间。

在物质世界的所有玩家中，玻璃是一位妙手魔术师。

已知的最古老的玻璃制品在使用和加工方式上与宝石相似，人们通常采用冷加工而非热加工，采用切削而非熔化的方式加工玻璃。匠人们将玻璃切削、打磨，然后镶嵌在珠宝中。在某个时刻，我们的远祖发现了如何在模具中铸造玻璃来生产器皿。在吹玻璃的技艺得到推广之前，工匠们已经能够制造玻璃锦砖、小镜子和许多不同类型的器皿，这些器皿可以用来储存葡萄酒、香水、药品和其他有价值的物质。

在公元元年前后，由于罗马人的推广和他们严格的生产工艺，玻璃获得了巨大的成功。吹玻璃（一种从叙利亚传到罗马的技术）使工匠（通常是奴隶）能够比以前更快地制作玻璃杯子和碗。市场上开始出现了廉价的玻璃杯。很快，玻璃在普通罗马人中的受欢迎程度就可以与陶瓷相媲美。艺术家们开始用玻璃尝试更丰富的艺术形式，创作了罗神杰纳斯面花瓶和装饰着靡乐场景的酒瓶。建筑商开始使用玻璃建造窗户，但由于玻璃浑浊且厚重，采用玻璃的目的与其说是为了照明，不如说是为了安全和隔热。我们在整个罗马和周边城市都发现了玻璃窗存在的遗迹，包括庞贝的豪华瓷砖、保存完好的澡堂。

另一种玻璃制品 -- 透镜的起源时间却难以追溯，因为在公元元年之前的一段时间就已经出现了透镜。在在公元十世纪的伊斯兰世界，光学兴起并成为了一个重要的研究领域，数学家和科学家在理解和调控光方面取得了长足的进步。在文艺复兴期间，哲学家、科学家和思想家都在使用透镜来观察物理世界 -- 我们头顶的恒星（1608 年发明了望远镜）和以及脚下的大地（1625 年制成显微镜之后）。长期以来，玻璃一直被视为一种能够提供字面意义上的光明的材料，但值得记住的是，玻璃也为我们的许多启蒙奠定了基础。

启蒙运动的时代，幻灯会诞生了。幻灯会是一种戏剧娱乐形式，有些人觉得它可怕，但也有人觉得它充满希望 -- 这取决于人们选择如何观看。

玻璃能拓宽我们的视野，但不一定能加深我们的理解。

幻灯会是一种疯狂而诡异的聚会。在这期间，客人会看到被投射到墙上、烟雾或半透明屏幕上的灵魂、恶魔和其他可怕人物的移动图像。这种带有精神色彩的光影秀是通过新旧发明的结合实现的，这些发明包括魔灯、放大镜、胡椒鬼和其他可以用来调控光线和视觉效果的玻璃工具。

第一次大幻灯会发生在 1790 年代大革命后巴黎的一家剧院里。伴随着玻璃口琴的诡异背景音乐，在完全黑暗中等待了几分钟后，观众开始看到空中出现了各异的形状，看起来是漂浮和滑翔在空中的光影图形。这些"鬼魂"苍白而逼真，能够说话、叫喊、哭泣。其中一个"鬼魂"是流血的修女，先是不断靠近，而后再逐渐远去。后来的幻灯会会涉及最近去世的公众人物的鬼魂，据说这些魂魄是被科学力量招来的。因为这些节目就是这样宣传的：这是科学与宗 教、信仰和启蒙之间的交叉。它们很可怕，但也很滑稽。

我们乞求被愚弄也乞求开悟。人类喜欢奇观。在物质世界的所有玩家中，我认为玻璃是终极的魔术师。尽管玻璃可以照亮房间和生活，但它也会扭曲现实，掩盖真相。就像摄影可以作为真实事件的记录，同时也可以掩盖最基本的事实一样，玻璃可以拓宽我们的视野，但不一定能提高我们的理解力。

在当代生活中，我们大多数人比我们想象中的要更依赖玻璃：玻璃不仅被应用于我们的挡风玻璃和窗户中，还存在于我们脚下的光缆中，这些光缆具有重要的意义。毛罗在接受采访时表示："现在我们通过玻璃屏幕对视。"这让我强烈意识到我们之间的联系是脆弱的。我们通过远程在线视频会议软件 Zoom 进行交谈。毛罗继续说道："如果没有玻璃，我们就不会有平板、手机等一系列信息终端。所有这些都是利用我们称之为光纤的超细玻璃丝通过光信号传输的。"没有玻璃，他说，我们就无法体会到什么叫做现代建筑、人工光源、自然光源、汽车以及最重要的，如此丰富的信息。

毛罗强调玻璃的好处。它使我们能够储存疫苗、检查细胞和凝视星星。但他认为，玻璃和所有技术一样，其核心是"中性的"。他说："当我想到光纤时，我会想到它为通信的广泛应用所做的所有好事，但它也造成了很多伤害。"人们能够利用社交媒体"散布谎言和仇恨"。

我们利用玻璃来讲述我们个人的真相，但我们也可以用它来制造虚假的叙事。如果没有玻璃瓶，我就无法接种疫苗，但如果我们口袋里没有玻璃屏幕，我们也不会看到反疫苗阴谋论的迅速传播。如果没有玻璃管，德国吹玻璃工海因里希・盖斯勒就无法观察到阴极射线，欧内斯特・卢瑟福就无法发现原子核中所含的能量，我们就没有核反应堆或原子弹。我们不会知道，当原子弹爆炸时，它有能力把沙子变成玻璃，形成星形的碎片，这些碎片散落在爆炸现场，直到几十年后才被人们发现。也许我们的信念不会那么不确定，那么不稳定。

虽然我同意毛罗的大部分说法，但我不确定玻璃是否真的是中性的，或者是否有任何技术可以说是中性的。我认为将玻璃这种技术称为中性技术仅是一种概括，就像我们称玻璃为固体一样。并且评判玻璃这种技术是否为中性远比界定玻璃是否为固体更模糊。技术不是惰性的。它不是一块石头；这是一种语言。就像一种语言一样，我们必须接受它的多种用途。我们可以祈祷；我们可以说谎。有时，我们会同时做这两件事。

但这就是人类的历史。玻璃的产生和推广是一连串的事件，由一件事导致另一件事，有时这些连锁反应以灾难告终，有时以美好告终。当你从一个角度看它时，玻璃会显得充满美丽，折射出的虹光在亿万年中流光溢彩。从另一个角度看它时，这是地狱之火。

作者：Katy Kelleher

翻译：*0

审校：藏痴

原文链接：TheStrange life of glass

本文来自微信公众号：中科院物理所 （ID：cas-iop），作者：Katy Kelleher