玻璃：平凡的伟大创造

这个故事流传得极为广泛。乍一看，故事并非完全虚构，因为玻璃的化学成分是硅酸钠盐，沙子提供二氧化硅，而苏打则是碳酸钠，两者发生了化学反应产生二氧化碳，剩下的固体部分就是玻璃了。不过事实上，很多人都曾尝试过验证这个传说，结果却都以失败告终。可见，原料不是问题，问题是难得的“契机”，如果这个传说是真的，那么腓尼基人该是多么幸运地获得了一次偶然的发现并将其发扬光大。无论如何，学术界都已经对玻璃如此被发明的说法，产生了强烈的质疑。

现在，根据考古的一些资料，真正能够称为玻璃的古代玻璃，应该是在2000年前左右被发明出来的，而当时的罗马帝国是这一技术的拥有者，他们不仅具有高超的烧制技艺，还发展出了各类吹制技术，也就是说，他们不仅会合成，还会加工，这实在是太了不起的天赋了。虽然也因为各种因素有过衰退，但罗马人还是把这一技术的优势一直保持到了近代，甚至直到现代，威尼斯的玻璃还是为世人所称赞。

古罗马玻璃制品

威尼斯玻璃制品

事实上，早在罗马帝国之前，大约3500年前，埃及人就已发明了所谓的玻璃，但其本质上只是具有釉面的陶器。而至于腓尼基人的贡献，更大的可能性是他们在埃及人和罗马人之间起了一种承上启下的作用，最终被夸大了。

古埃及陶器

之所以说是罗马人发明了玻璃，这倒不是因为人们看不起古埃及人和腓尼基人，毫无疑问，在当时的时代，他们的文明都是不知道高到哪里去了，但文明的发展也要考虑到历史的进程。对于玻璃来说，其烧制过程最重要的诀窍就是烧制温度，在古罗马之前，人类对火的掌握还不够成熟，并不能提供足够高的温度来烧制品质优良的玻璃。而要想使成品呈现晶莹剔透的状态，需要在1200℃以上的条件并保持较长时间，所以在野外一次打翻炉火就产生晶莹玻璃的可能性几乎为零。

当然了，我们说的是几乎为零，如果那堆炉火是被雷劈倒，那么瞬间产生的局部高温是可以产生玻璃的，比如自然界存在的黑曜石就是一种黑色玻璃，这是由于火山的高温而产生的二氧化硅结晶。水晶当然也可以看作是一种玻璃，但天然水晶的形成过程是晶体生长，与玻璃烧制截然不同。所以就算当时腓尼基人发现了玻璃，他们也不大可能通过研究再自己搞出来。

黑曜石

水晶

那么我们中国古代有没有玻璃呢？实事求是地说，没有，这个看似并不难的技能点，我们的祖先确实没有掌握。不过话也不能说的这么绝对，现代化学证明，瓷器与玻璃有着非常密切的关联，因为瓷釉就是一种玻璃，而中国人烧制的琉璃，则是一种有别于西方钠钙玻璃体系的铅钡玻璃体系。但是，这种玻璃透明度不高、模模糊糊，如果用作器皿什么的，远不如瓷器的素肌玉骨来得更好，所以实用性很低。既然我们都已经有了那么非凡的瓷器了，古代的中国人自然就不会太关注玻璃了，所以，虽然在玻璃发展史上，我们中国也是有着原创性贡献的，但乏善可陈。现在回想，忽略了玻璃这个宝藏，也实在很可惜。

清代琉璃碗

那么为什么说玻璃是一个宝藏呢？这是因为，玻璃拥有很多宝贵的性能，比如耐腐蚀、绝缘等等，当然了，对于瓷器来说，这些优点也是存在的，但玻璃所独有的，也是其最重要的品质，还是它的光学特征。

那么问题就来了，非晶体的玻璃为什么会是透明的呢？

从外观上看，玻璃和水晶很像，从结构上说，它们也都是以二氧化硅为主，但二者却有着非常本质的区别，那就是玻璃是非晶体，而水晶则是晶体。结构化学理论认为，晶体都是有序排列的，就像阅兵时的部队方阵，而非晶体则是无序的，就像三里屯的人潮。区分有序和无序的方式是这样的：假设阅兵方阵足够大，大到无穷大那么大，那么如果平移或者旋转某个角度之后，这个方阵看上去和原来的一样，那么就是有序，反之就是无序。玻璃从微观结构上，不具备这样的特性，所以它就是非晶体。另外，从宏观上看，玻璃也表现出没有固定的熔点，这也是其与晶体的区别所在。

玻璃微观结构

而玻璃之所以是透明的，其实正是拜其非晶体的特性所赐，而水晶之所以透明的，则是因为它是晶体。这句话听起来就不是人话，别着急，现在我们来解释一下。

透明的本质是光可以穿透，比如说空气中的分子间隔很大，对于光波来说与真空差不太多，所以空气是透明的。但液体和固体的分子间隔比较小，光波就比较容易受到原子和分子的阻隔，如果在这个过程中，原子或分子对光波中的能量产生了兴趣，那么事情就不太好玩了，它们就会吸收掉相应波长的光波，有色透明物质就是吸收了一部分可见光而透过了其余的可见光。而金属特殊的电子海洋结构，更是使得可见光遇到金属便被全波段吸收，所以金属是不透明的。对于水晶来说，它其中的二氧化硅成分并不会强烈吸收可见光，所以光波可以如入无人之境，除了界面反射的那一部分以外，都透射出来了。研究发现，水晶对光波的反射率大约只有8%，也就是说，92%的光可以透射过去。不过，界面的反射作用会累积，所以当晶体界面越多，晶体的透明度就会越低，所以当我们抓一把水晶块放在一起看时，它们就变得不透明了。

可以想象，如果这些水晶块之间不是空气，而是无定型的二氧化硅，那么由于界面仍然存在，这样半结晶的水晶也将是不透明的。不过，如果这些水晶块足够小，小到比光波的波长还要小，可以视作无定型时，这时的界面又消失了，这块无定型的水晶就就又透明了，但结构却从部队方阵变成了三里屯的人潮。玻璃其实就是这种无定型的水晶中，掺杂了一些金属氧化物。氧化钠这些对光波没有什么影响，但过渡金属的氧化物却多数对光波有吸收，蓝色钴玻璃便是这个原理。

这样一个简单的原理却在高分子合成中扮演着极其重要的角色。水晶和玻璃都可以看作是无机高分子，它们都透明的案例说明，高分子如果本身对光波没有吸收，那么要想做成透明物质，最重要的任务就是取消界面的存在，这样就有两种做法，要么像水晶一样慢慢生长成单晶，要么就像玻璃一样干脆长成无定型。

在日常生活中，高密度聚乙烯没有透明产品，其原因就是，结构规整的聚乙烯太容易结晶，但又结不成单晶那样，于是结构中就是一些小晶体掺杂着无定型，最终便不透明了。聚丙烯的结晶度稍微低一些，所以正常情况下都是半透明，如果这时加入一些助剂让聚丙烯的结晶变得更小，那么透明的聚丙烯材料便出现了。至于人们为什么不用单晶生长的方式来做透明高分子，只能说现阶段条件下，这不过是个美好的梦。而至于像聚酯、低密度聚乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯这些塑料都是透明物质，其原因就在于，它们都不太容易结晶，长出来就是无定型的。

高密度聚乙烯管材

聚丙烯管材

聚苯乙烯

气泡的引入也是形成界面，把玻璃做发泡工艺处理就可以得到陶，陶便是不透明的。此外泡沫饭盒的聚苯乙烯也是引入气泡，所以饭盒也是不透明的。

聚苯乙烯泡沫板

好了，说完了玻璃透明的原理，我们再来看看玻璃与科技、科学的发展。毫不夸张地说，正是玻璃的透明属性，改变了人类历史的进程。

刚才说了，古代的玻璃之都一直在意大利，而最先用玻璃造出望远镜看星星的，也正是意大利人伽利略，那还是在400年前，在望远镜中，伽利略感受到了人类的渺小与宇宙的瑰丽。也差不多是在同时期，荷兰人列文虎克通过玻璃发现，肉眼不可及的微观世界，也同样是妙趣盎然、精彩纷呈。然后，kucha一声，欧洲的天文、物理、生物等科学，都跟疯了一样发展了起来。

化学的发展史中，玻璃也是居功至伟。早期的化学反应还指望不上现在那些什么X射线衍射仪、核磁共振仪、质谱仪等这些高大上的仪器，反应过程都是靠肉眼观测，在这一前提下，容器选择就很重要，玻璃透明度高，加工起来也比较容易，更重要的是，除了有些怕碱以外，玻璃还特别耐腐蚀。如果没有玻璃，只有铜器和陶瓷，我们的化学实验就会像太上老君那样，理论计算把孙悟空练成丹药需要七七四十九天，实验条件是三昧真火，但是最后却因为观察不到反应的情况而判断失误，最终，孙悟空练成了火眼金睛，踢翻了炼丹炉，偷吃了仙丹，大闹了天宫。可以想见，如果把炼丹炉改装成玻璃，后面可能就没这些幺蛾子了。

拉瓦锡制取氧气装置

互联网的发展也要感谢玻璃，因为把世界串联起来的真正功臣是光纤，而光纤说白了就是一堆玻璃丝。所以我们完全有理由说，是玻璃支撑了现代科技文明的基础。

光纤

很多时候，我们也为玻璃感到不平，人类历史上诞生了很多材料，我们把荣誉给了石器、给了青铜、给了铁器，但却没有给玻璃留下一席之地。相比于上面这些划时代的材料，玻璃是如此的普通，我们不需要费力去找什么矿，硅酸盐在地球上遍地都是。但也正是这样平凡的材料，两千多年来，玻璃始终保持着其诞生之初优秀的透明品质，直到现代也没有被来势汹汹的复合材料所取代。正所谓把每一件简单的事做好就是不简单，把每一件平凡的事做好就是不平凡。

玻璃时代

我们不胜感激

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