随处可见的玻璃，为什么被称为“人类最重要的材料”？

为了能让你看到这篇文章，这些词被编码后通过光纤电缆以每秒125000英里的速度传送到你面前。这些横跨山脉和海洋的光纤，是由比纯净水还透明30倍的发丝玻璃制成的。该技术是由Corning公司的一个团队发现的。1970年，他们申请了一种可以远距离传输大量信息的电缆，这是其他研究人员几十年的研究成果。

如果你是在智能手机上读到这篇文章的，那你还欠史蒂夫·乔布斯一个人情。2006年，乔布斯曾要求Corning公司为他的新产品iPhone定制一款轻薄、结实的屏幕。然后Gorilla Glass横空出世，主导了整个移动设备市场。安装了第五代Gorilla Glass屏幕的手机可以从5英尺的高度摔下并有80%概率完好无损。

玻璃的作用可远远不止这些。没有玻璃，我们甚至都没法认识世界了——眼镜，灯泡，还有窗户。不过尽管玻璃无处不在，但在研究团体中仍有一些关于“玻璃”该如何定义的争论。一些人倾向于强调其坚固的本质，而另一些则强调其流动性。还有很多问题有待回答，比如为什么有些玻璃比其他玻璃更坚固，或者为什么某些混合物产生独特的光学或结构特性。除此之外，在几乎无穷无尽的“玻璃”数据库中，已知玻璃的数量已经超过35万种，但在理论上，混合物的数量是有限的。令人叹为观止的新玻璃产品层出不穷。玻璃对世界的影响比任何其他物质都要大，而且在许多方面，它是人类时代的决定性材料。

加州大学洛杉矶分校的玻璃专家和材料研究员Mathieu Bauchy说：“我们制造玻璃已经有几千年了，但我们仍然不知道它到底是什么。”大多数玻璃都是混合材料加热然后迅速冷却的产物。拿平板玻璃来说吧，这种混合物可以包括沙子（二氧化硅）、石灰和苏打水。硅提供透明度，钙提供强度，苏打降低熔点。爱荷华州立大学的玻璃科学家Steve Martin解释说，快速冷却过程中打破了原子固有的组合规律。

这就解释了为什么玻璃既不是晶体，也不是液体，而是一种无序原子固体。玻璃内部的原子想要重新形成晶体结构，但由于“冰冻”状态却无法实现。你可能听说过，教堂的窗户在很长一段时间内都在“流动”，这就是为什么底部的玻璃更厚的原因了。但其实这是个谬误——导致这种结果的原因是熔融玻璃由于技术问题形成了不平整的补丁。但玻璃的确会移动，只不过速度极为缓慢。去年发表在《美国陶瓷学会杂志》上的一项研究估计，室温下的教堂玻璃流动1纳米所花的时间超过10亿年。

玻璃与人类

尽管像黑曜石这样的自然火山玻璃在人类历史早期就被制成了工具，但是玻璃可能是在4000多年前在美索不达米亚被首次制造出来的。它很可能是生产陶瓷釉过程中的副产品。Corning玻璃博物馆的执行总监Karol Wight说，这项技术很快就传到了古埃及，第一批玻璃制品包括珠子、板子和棍子，通常用添加的矿物质来装饰，看起来就像其他材料一样。

早在公元前2000年，工匠们就开始制造像花瓶这样的小容器了。Wight补充说，考古学家发掘出了阐明这类材料的配方的楔形文字，但这些文字是用隐藏商业机密的加密语言写成的。

在罗马帝国的早期，玻璃已经成为一个正式的行业。作家Petronius讲述了一个工匠向提比略大帝展示一块据说无法打碎的玻璃的故事。提比略问工匠说:“还有其他人知道怎么做这种玻璃吗？”“没有了”，工匠回答说，然后提比略就砍下了他的脑袋。尽管提比略的动机不得而知，但可以想象到的是，这样一项发明会首次颠覆罗马重要的玻璃工业。

第一个重大创新出现在公元前一世纪。当时，在耶路撒冷周围发明了吹制玻璃的技术。罗马人很快就弄明白了如何使玻璃变得相对透明，然后就出现了第一个玻璃窗。玻璃迎来了它作用的一个重要转变——以前，这种材料的主要价值在于它的颜色和装饰性，而现在人们现在可以透过玻璃看，而不用总是盯着玻璃看。几个世纪后，罗马人开始批量化生产玻璃，玻璃最终在整个欧亚大陆传播开来。

在这个时候，科学还没有被很好地理解，玻璃这种东西仍然蒙着一层神秘的面纱。例如，罗马人发明了一种被称为“莱库格斯杯”的著名高脚杯，它被光正面照射时就呈现出翠绿色，但在背光时却呈红色。研究表明这一令人难以置信的特性是由于纳米级银和金粒子存在的原因，观察者所处的位置改变，观察到的颜色也会改变。

在中世纪时期，欧洲人和阿拉伯人掌握着玻璃制作的秘密。到了中世纪的鼎盛时期，欧洲人开始生产彩色玻璃。Wight说，在西欧的教堂里，这些画在玻璃上的宏伟作品在教导大多数文盲认知教义方面发挥了巨大的作用。也难怪它们会被称为穷人的圣经。

虽然罗马时代起窗户就已经存在了，但它们仍然价格不菲，无处可觅。但是，在1851年万国工业博览会上主场馆被建造之后，情况开始改变。这座巨大的建筑在伦敦落成，里面有近100万平方英尺的玻璃。（这比纽约联合国总部的玻璃用量高出了4倍多，而后者还是在一个世纪以后建立起来的。）“水晶宫向人们展示了窗户的力量和美丽，并对建筑和消费者需求产生了重要影响”， SageGlass公司——一家生产有色玻璃和其他产品的公司——的首席执行官Alan McLenaghan说。1936年，水晶宫在一场大火中被夷为平地，但几年之后，当英国玻璃公司Pilkington发明了浮动玻璃技术时，窗户成本变得更便宜了，这项技术是通过将玻璃漂浮在熔锡上来制造平面玻璃的。

进步的阶梯

早在窗户普及之前，意大利北部的未知发明家就在13世纪末创造了第一副眼镜。这项发明助力了读写能力的普及，同时也为更先进的镜片铺平了道路，帮助人们看到了更加深不可测的东西。到15世纪，威尼斯人开始完善制作“cristallo”——一种非常透明的玻璃的技术。其中一种配方涉及到石英石，这些石英石是由含盐的植物提炼而成的，它提供了硅、锰和钠的正确比例，但在当时还不为人知。保密是生死攸关的事，玻璃制造商虽然享有很高的社会地位，但如果离开威尼斯共和国，他们将面临死刑。威尼斯人因此统治玻璃市场长达200年之久。

威尼斯人还造出了第一面由玻璃制成的镜子，它将以不为人知的方式改变世界。在此之前，镜子由抛光的金属或黑曜石做成，但价格极其昂贵，而且几乎难以映出人像来。这项发明为望远镜和艺术的革新开辟了道路，让意大利画家Filippo Brunelleschi在1425年发现了线性透视。镜子也改变了关于“自我”的概念。作家Ian Mortimer甚至建议，在玻璃镜子前，人们可以把自己看作是独一无二、与众不同的。

除了单纯的反射之外，玻璃还能够实现放大的作用。大约在1590年，“上阵父子兵”的Hans and Zacharias Janssen发明了一种复合显微镜，在管子两端有透镜，能够实现9倍的放大效果。一个荷兰人，Antony van Leeuwenhoek（列文虎克），又实现了新的飞跃。他作为一个相对没有受过教育的人，在一家布店里当学徒，店里日常工作期间他就用放大镜数着布料上的线。后来他发明了新的抛光和研磨镜片的方法，创造了一种能把图像放大到270倍的装置。这让他在16世纪70年代偶然地发现细菌和原生生物等一系列微生物。

英国科学家Robert Hooke不仅证实了这些发现，还改进了Leeuwenhoek（列文虎克）的显微镜。他创作了《Micrographia》一书，这本书是关于微观世界的第一本书，书中描绘了一些在此之前根本无法看到的景象，如海绵的质地和类似跳蚤这样的小生物（Hooke写道:“它们仿佛是用一套奇特而又泛着光泽的黑甲巧妙地拼接起来的生物。”）。通过显微镜观察软木塞，木塞那蜂窝状的结构让Hooke想起了修道院的单人小房间（cell），让于是他就使用了“细胞（cell）”这个词。这些工具上的进步改变了科学和科学的探究方法，引领了微生物理论和微生物学的蓬勃发展。

在实验室的其他地方，透明的玻璃器皿和像烧杯以及吸管之类的设备的发展使得测量和将不同的材料混合起来成为可能，而工具的进步带来的研究方式的改变远远不止这些。而在这些玻璃工具的助力之下，不仅现代化学和医学取得了令人瞩目的跨越式发展，包括诸如蒸汽机和内燃机在内的工业也获得了难以置信的进步。

当一些人用显微镜和刻度圆筒进行微观领域的探索时，另一部分人却把目光投向了更为浩瀚的星空。虽然关于谁发明了望远镜的争论仍然不曾休止，但最早的记录出现在1608年的荷兰。一年后，伽利略（Galileo Galilei）改进了原有的设计，开始向深邃的天空发起了探索。第二年，他观察到了木星的卫星，并最终意识到，自希腊时代以来一直占据主导地位的“地心说”是荒谬而错误的。天主教会对此自然并不满意。1616年，一个调查委员会宣布日心说“在哲学上是愚蠢的和荒谬的，并且是彻头彻尾的异端邪说，因为它在许多地方与圣经所告诉我们的有着明显的矛盾。”唔，是不是该来一句，“该死的玻璃！”

玻璃带给我们的影响目前看不到任何减弱的迹象。展望未来，研究人员还希望能在玻璃的应用上取得更为深刻的拓展，包括通过使用玻璃来处理核废料、制造更安全的电池和更为前沿的生物医学植入物等等。工程师们也在尝试制造更为精密的触摸屏，自动着色的窗户玻璃，以及真正牢不可破的玻璃。

那么下一次，当你看到自己面前这种或那种玻璃时，想想这是一种何其之奇妙的物质，它是地球和火焰的产物，但又像池塘里的冰一样凝固不动，像是囚禁着原子的炼狱，却为人类的活动和文明的进步大开方便之门。我们要真正地关注玻璃，而不是熟视无睹——离开了玻璃，有些真相我们可能永远也看不到了。