《科学画报》
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玻璃简史
2022-08-09 20:50:00人类制造玻璃始于5000多年前。考古证据表明，在公元前3000年的埃及和美索不达米亚地区，人们已经用玻璃制作一些护身符、小珠子之类的小型手工艺品。
到了公元前1500年前后，人们制作玻璃的技艺日臻成熟，那时出现了人类历史上第一个玻璃容器。古埃及人还掌握了给玻璃上色的技术。他们知道，向玻璃中加入铜粉末可以制成红玻璃，加入钴粉末可以制成蓝玻璃，加入锡粉末可以制成白玻璃……这些带有颜色的玻璃被一些坏心眼的商人用来冒充珠宝，蒙骗了不少人。
公元前1世纪，叙利亚人发明了吹制玻璃的工艺。有了这项技术，制造玻璃开始变得简单、快捷又便宜。从那以后，玻璃产业在罗马帝国蓬勃发展，并且迅速传播到罗马帝国统治之下的其他国家。
公元1世纪前后，罗马人发现，向玻璃中加入适量二氧化锰可以制备无色玻璃，于是，他们开始将玻璃做成窗户，安装在建筑物上。尽管那时的玻璃的光学性能很差，但是玻璃窗仍然是罗马、庞贝等地的建筑“标配”。
公元8世纪，威尼斯集中了一大批玻璃工人，成为当时的玻璃制造中心。后来，随着科学和艺术的进步，人们“玩”出了更多花样，例如在玻璃上染上颜料，绘制彩色的图案。我们现在看到的很多教堂都有彩绘的玻璃窗，就是那时留下来的建筑风格。
15世纪中叶，一位威尼斯的玻璃工人发明了一种超级透明的新型玻璃。很快，这种新型玻璃被用来制作望远镜、温度计、烧瓶、显微镜等科学仪器，进而促成了很多重要的科学发现。
18世纪前后，欧洲的玻璃制造中心从威尼斯转移到了英国，当时，英国玻璃厂的产量很高。有段时间，英国政府还会基于每个房屋的窗户数目来征税，理由是富裕的家庭会安装更多窗户，当然应该多缴税，不过“上有政策下有对策”，许多家庭为了躲避缴税，索性把窗户堵住了——这个故事说明，在当时的英国，玻璃的使用已经相当普遍了。
工业革命以来，钢铁和玻璃成为现代建筑的重要建材。1851年，英国建造了一座“水晶宫”，它只用到了钢铁和玻璃两种材料，这座奇迹般的建筑也是伦敦首届世博会的展示馆。20世纪50年代，一位德国建筑师创新性地在大楼外立面覆盖一层玻璃，让建筑的外观呈现出以往没有的面貌。这一创新性的设计之所以能成功，一方面是因为现代建筑的内部有了钢筋框架，外立面不需要承受整幢楼的重量；另一方面也因为玻璃的强度变得更高了。所以我们现在看到的很多摩天大楼都拥有玻璃的外立面。
如今，科学家和工程师开发出多种各样的玻璃，它们在许多领域都有重要的用途。例如，有一种玻璃能快速传输网络信息，这就是光缆，光缆里面填满了数以千计的、头发丝那么细的玻璃，通信信号在其中以光的形式穿梭，将信息快速传输到世界各地。
沙子与玻璃
玻璃的主要成分是二氧化硅，也就是石英，这是地球上最常见的矿物之一。随处可见的沙子其实就是石英的小颗粒。把石英加热到1400℃，它就会熔化，进而变软，变成一摊透明的、粘稠的液体——接下来就是冷却成型，之后，制作玻璃就算是大功告成了。
沙子是怎么变成玻璃的呢？
以原子尺度来看，二氧化硅是由硅原子和氧原子组成的，而且它们在石英内部是有序排列的。打个比方，就好比一群硅原子和氧原子整整齐齐地排列起来，形成了一个有着特定排列规则的“队列”，整个“队列”就是石英颗粒。像这种由大量微观物质单位（如原子、离子等）按一定规则有序排列的结构，叫作晶体。
石英熔化之后，其内部的晶体结构就被破坏了，或者说，原来的“队列”被打乱了，硅原子和氧原子开始自由“跑动”，使得石英从固态变成了液态。当然，如果液态石英能迅速冷却，晶体结构还会重新形成，就好比随意“跑动”的硅原子和氧原子重新“站”到了“队列”中原来的位置。
但是，如果冷却的速度过快，以至于硅原子和氧原子来不及回到原来的位置，那么它们就只能被凝结在当下所处的位置。所以说，最终形成的玻璃就像是液态石英的一张快照。科学家对这种状态的固体有一个专门的称谓，叫作 “非晶质固体”，意思是说，这种固体不同于晶体，其内部结构不存在有序的排列规则。
玻璃为什么是透明的
我们不可能从玻璃当中径直穿过去，但是我们的视线能透过玻璃看到另一侧的物体，这是为什么呢？
我们能看到物体，是因为光到达这个物体之后发生了反射或散射，使得一部分光进入我们的眼睛，让我们看到了物体的形态、颜色。只有一部分光能被我们的眼睛接收到，其余那些，则被物体吸收或者说截留了。
物体能截留多少光，取决于组成它的分子或原子的种类。
玻璃里面的原子大多不会截留光，几乎所有到达玻璃的光都能被眼睛接收（玻璃能截留紫外光，只不过我们的眼睛本来就看不见紫外光）。另外，玻璃不是晶体，内部没有晶体结构的边边棱棱，也就不会散射光线。所以，当光到达玻璃时，它会笔直地穿过，不会改变方向。
不过，如果一块玻璃的某些地方稍微厚一点，那么光的传播路径会随之弯折，这就是棱镜的工作原理。
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