你可能沒想到,人類最巨大的發現,是玻璃

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你可能沒想到,人類最巨大的發現,是玻璃 科技 第1張

  薦語

  這個標題或許會令你感到詫異:人類有著那麼多的發明,諸如蒸汽機、無線電、青黴素、電燈泡等等,隨便哪一個都無比偉大,玻璃這種稀松平常的材料,拿什麼與它們抗衡呢?

  可實際上,人類文明之所以走到了今天,幾乎完全仰仗於玻璃的發明。假如沒有玻璃,當今文明大概比古羅馬時期高不了多少。

  我現在這樣說,你可能不以為然,甚至嗤之以鼻,但看完這篇文章之後,你的想法一定會有所改變。所以……

  歡迎走進矩陣塔空間實驗室,通過本文,你能了解到玻璃不同凡響的起源、無與倫比的完美、不勝枚舉的貢獻、以及玻璃對於人類文明的重要意義。

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撰文 | 雲風 ◈ 圖源 | Internet

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  與眾不同的起源

  在談論玻璃的意義之前,我們有必要了解一下玻璃是如何誕生的,因為它光是起源就異乎尋常。

  通常情況下,人造物質的發明無外乎不斷地進行嘗試。古人的方式比較笨拙,就是毫無頭緒地把各種天然物質一同塞進熔爐里煅燒,能燒出什麼完全隨緣;與之相較,現代的方式則非常先進,能夠依靠元素分析與化學合成來進行。

  但無論先進與否,人造物質的誕生總是會經過反復實驗,惟獨玻璃是個異類——它從未經過任何實驗,它的問世純粹是個偶然。

  玻璃是古希臘時期的腓尼基人在出航時碰巧”造”出來的。

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  在3000多年前,腓尼基人的一艘商船在地中海意外擱淺,需要漲潮之後才能重新起航。

  在等待漲潮的過程中,水手們決定在沙灘上煮飯吃,可沙灘上除了砂子就是貝殼,找不到合適的材料來架鍋。這時,他們想到了船上搭載的貨物——天然鹼。

  那是一種塊狀的自然礦物,用來代替石頭簡直再好不過了。於是水手們便搬出一些天然鹼,在沙灘上搭起了灶台——他們只是想舒舒服服地吃一頓熱飯,卻萬萬沒料到這簡直是平地一聲驚雷的做法。

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天然鹼

  正是這一行為,意外地導致天然鹼和石英砂這兩種井水不犯河水的物質同時處在高溫下,從而出現化學反應,形成了一些「亮晶晶」的東西。

  就這樣,玻璃神使鬼差的在一頓飯的功夫里誕生在了腓尼基人的簡易灶台下面,腓尼基人也由此學會了玻璃的製造方法,並因而賺得了不菲的財富。可見玻璃完全是在機緣巧合之下意外誕生的。

  不過,光是巧合倒也沒什麼大不了的。真正離奇的是,人類費時費力研究出來的所有材料,統統可以用其他材料來替代,惟獨玻璃這個毫無耕耘的收獲是任何材料都無法取代的。

  因此,從某種意義上來說,玻璃不是人類的發明,而是上帝賜給人類的禮物。

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  無與倫比的完美

  明白了玻璃的來源之後,我想請大家思考一個問題:玻璃是什麼?

  面對這個問題,你可能會一時茫然,不知作何回答。因為這個問題可以有無數種答案:透明物質、基礎材料、裝飾物、易碎品等等。

  或許正因如此,在擁有玻璃後的很長一段時期,所有人都不知道它是什麼,只知道它”挺漂亮”,這導致玻璃在上千年內都只被用於建築或容器的裝飾。

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古城堡的玻璃飾窗

  它之所以備受追捧,是由於它像寶石一般精美;它的製造工藝能得到發展,是人們想把它造得更精美。

  然而精美恰恰是玻璃最無關緊要的特性,且就精美而言,玻璃遠不及它”同父異母”的姊妹——古法琉璃。

  誕生於中國的琉璃和玻璃極為相似,但琉璃的質感比玻璃更渾厚、色澤也更飽滿。

  正所謂”有色同寒冰,無物隔纖玉”,琉璃的美輪美奐,玻璃永遠都望塵莫及。

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琉璃作品 ◈ 張毅 | 楊惠珊

  不同之處在於原材料和製造工藝注定了琉璃無法像玻璃那般晶瑩清澈,這使得琉璃只有璀璨的外表,而玻璃的皮囊之下卻隱含著不同凡響的價值。

  如果將琉璃比作婀娜多姿的舞者,用曼妙的舞姿為人類演繹出了光與色的霓裳大戲,那麼玻璃則宛若誨人不倦的導師,源源不絕地向人類傳授著光與色的終極奧義。

  講到這里,重點也就隨之而出現了:假如沒有玻璃,人類只能陶醉於光的絢麗,無法窺視到光的奧秘,更無法馴服光,令其為自己所用。

  現在,讓我們再回頭看看起先那個問題:玻璃是什麼?

  按照正規的說法:玻璃是矽酸鹽類非晶體固態材料。

  但這種古板的答案對常人而言猶如廢話,毫無意義。因而,我們最好是用一句簡潔通俗的句子來描述它:玻璃是集優異的光學特性與極高的可塑性於一體的人造物質。

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玻璃球

  從這句話中,我們可以提煉出玻璃的兩大特性:光學特性、可塑性。盡管玻璃遠不止這兩個特性,但僅僅由於集這兩大特性於一身,玻璃就已經成為了無可取代的特殊物質。

  天然水晶、鑽石等自然物質的光學特性都挺不錯,但它們的可塑性很低;琉璃的可塑性很高,可是它的光學性極差。

  而玻璃不僅同時具有這兩大特性,且這些特性絲毫不亞於其他物質,與此同時,玻璃還具有一個出乎意料的特性:它脆弱的外表下,隱藏著與金屬無異的強度——後文我們會談及這一點。

  不得不感嘆,玻璃是人類手中最完美的材料,完美得無與倫比。

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  所向披靡的大軍

  當然,僅僅完美並不能體現出玻璃的偉大,但正是由於它的完美,使得人類擁有了許多意義非凡的東西,首當其沖的便是各種精密無比的鏡片。

  光學鏡片的意義不必多說大家也能想到:顯微鏡、天文望遠鏡、光電分析儀、雷射發生器等一系列光學設備得以問世,無不歸功於鏡片,而這些設備是科技得以發展的根基。

  沒有顯微鏡,人類不會知道細胞和細菌的存在,疫苗、抗生素、抗菌藥也都不會問世,現代醫學便無法建立;同時,人類也不會知道原子、分子的存在,更不可能得到元素周期表,現代化學更是無從談起。

  沒有天文望遠鏡,人類就觀測不到遙遠的星球以及更加遙遠的星系,只能從無數繁星中勉強分辨出金、木、水、火、土五大行星的運行規律,天體物理學無從建立。

  沒有光電儀器,人類無法走進電子、質子、光子、中子等微觀粒子的世界,量子力學無從建立。

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  總而言之,假如沒有玻璃,科技只能局限於肉眼可見的範圍,基因工程、生物工程、奈米工程……乃至太空技術都將不復存在——因為沒有現代化學就沒有太空燃料,人類無法將任何東西送入太空。

  關於這一點,或許有人會反駁,認為即便沒有玻璃,也可以利用天然物質打磨出鏡片。

  沒錯,完全可以,也的確有不少特殊鏡片是天然物質打磨而成的,不過,這件事不能本末倒置地來看。

  我們知道了光學原理,固然可以用各種材料來製作鏡片,可光學原理是哪來的?是從玻璃身上學來的。是玻璃教會了我們光學知識,我們才將這些知識用到了其他材質上面。

  而這一切,僅僅只是「鏡片大軍」所立下的功績,玻璃的另一路大軍同樣立下了無比偉大的功績——這件事情,事情任何材質都不勝其任,惟獨只有玻璃能夠做到。

  還記得前文提到的,玻璃具有與金屬無異的強度嗎?

  由於可塑性極高,玻璃這種”光學性超高的橡皮泥”成為了科學家手中最好的玩具。

  通過”玻璃的一萬種玩法”,人類不僅掌握了光的奧秘,還發現了隱藏極深的玻璃自身的秘密,這有賴於玻璃極佳的可塑性,但主要還是有人突發奇想將玻璃玩出了新高度。

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  第二路大軍

  1887年,一位名叫查爾斯·弗農·波伊斯的科學家突發奇想地在實驗室里建造了一座石弩,隨後又將綁在箭矢上的玻璃棒燒融,使其黏附在石弓上。然後,他把箭射了出去。

  波伊斯想通過這種方式獲得一根纖細的”玻璃簽”,來作為某種精密儀器的部件,沒想到這一射非同小可——飛馳而出的箭矢直接將黏附在石弓上的玻璃溶液拉成了一條長達27米的絲線。

  原本只想用玻璃做根兒針,誰曾想用玻璃紡出了一根線,更出乎意料的是,他發現這根玻璃線的強度竟毫不遜色於同等規格的鋼絲。

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玻璃纖維特寫

  這又是無意中做出來的偉大壯舉,一種全新的材料——玻璃纖維就此誕生了。

  盡管當時人們實在想像不出一根堅固的玻璃絲有什麼用,可人類的創造力是無窮的:只要能拉成線,就可以把它織成布;織成布之後,還可以再把它壓成板。

  這些由玻璃纖維制成的「布料」和「板材」不僅具有極高的強度,還具有優異的耐蝕性、隔熱性、絕緣性、抗疲勞性等多種特性,因而它們被廣泛應用於飛機機身、船體、汽車、太空器外殼、運動器械等眾多想像不到的地方。

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玻纖布壓制的電路板

  一部手機絕不僅僅只有螢幕、錄影頭、閃光燈是玻璃製造的,它的內在部分——電路板也是。

  由於具有堅固、絕緣、防潮、輕巧、耐腐蝕、不易變形等特點,絕大部分電路板都是玻璃纖維布壓制而成的。非但如此,玻璃纖維還存在於道路、橋梁、水利設施、環保設施、牆體等各種建築當中。

  說得稍微誇張一點:人類居住的世界幾乎是由玻璃打造而成的。

  然而,這並不是玻璃纖維最大的用武之地。

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  勝利會師

  就像人類早先沒有領悟到玻璃真正的價值一樣,人類長時間都只注意到了玻璃纖維的強度,卻忽略了它的本質:玻璃纖維畢竟是玻璃,即使被拉成了絲,它仍然不會喪失玻璃最偉大的特性——光學特性。

  還記得前文提到的光學鏡片嗎?在玻璃的這路大軍中,有一個偉大的產品能將強光聚為一束,也就是我們所熟知的雷射。

  雷射不一定非得像雷射切割機上那樣被持續發射,也可以按照某種特定的二進制規律來「分組點射」,而玻璃纖維有多長,就能精確無誤地將這些雷射隊列傳多遠。

  通過這種方式,光學鏡片和玻璃纖維這兩路大軍勝利會師了。於是,又一個無比偉大的產物——光纖技術誕生了。

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光纖網概念圖

  玻璃終於在信息傳輸領域展現出了它最大的價值,發展至今,連接世界各國的纜線、進入千家萬戶的終端……我們的整個網路系統完全是由光學鏡片和玻璃纖維組成的。

  說得抽象一些:我通過玻璃制品完成了這篇文章,再通過玻璃制品傳入網路,你又通過玻璃制品讀到了它,可見玻璃對於科技發展是多麼的重要。

  而玻璃還遠遠不止這兩路大軍,它的發展方向還包括攝影及錄影儀器、電子螢幕、燈泡材質、化學容器、高清晰的反射鏡等等,且每一條發展方向都對人類文明有著不容小覷的貢獻。

  綜合所有與玻璃相關的領域來看,不光人類居住的世界由玻璃搭建而成,可以說整個人類文明都是由玻璃構建而成的。

  所以最後,讓我們結合玻璃的起源、發展以及各方面的貢獻,再來思考一遍:玻璃是什麼?

  我想,我們得到了一個全新的答案:

  玻璃是上帝派往人間的使者,它就像一位所向披靡的鬥士,身先士卒地飛馳在科技的最前沿,引領著人類文明一路朝前。

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