不起眼的玻璃創造大成就

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瀟湘笛/文

此文已被「新材料在線」、「材料人」、「搜窗網」刊登，知乎日報收錄（5月11日，標題改為玻璃已經太司空見慣，幾乎讓我們忘了它有多迷人），頭條號、ZAKER等平台同步刊登。

對於玻璃，想必大家都是司空見慣的，生活中處處都有玻璃的蹤影，從門窗鏡子、白熾燈、眼鏡到照相機、電視機、各類觸屏等等，玻璃可謂無處不在。

然而，第一次真正注意到玻璃在人類歷史進程中發揮了重大貢獻，還是在讀了英國科學家馬克·米奧多尼克的《迷人的材料》一書以後。文中「透明的玻璃」的一章中介紹了玻璃的發展史，以及玻璃對科學和社會進步的重要推動作用。還專設「中國獨缺的發明」一節談到提到玻璃在中國受到的冷落。羅馬帝國解體後，中國的材料技術（如紙、陶瓷和金屬等）發展領先了西方世界足足一千年，然而獨獨忽略了玻璃技術。這也導致未能發明望遠鏡和顯微鏡，因此作者提出是否因為少了這兩項關鍵的光學儀器，才未能如17世紀的西方般更進一步發生科學革命。

這一問題不由讓人想起另一個著名的提問，即「李約瑟難題」，由牛津大學著名科學家李約瑟最早於1944年提出：「儘管中國古代對人類科技發展做出了很多重要貢獻，但為什麼科學和工業革命沒有在近代的中國發生？」，引發了中外科技界的深思。當然其中真正的原因很多，一直也不乏爭議。然而，這個答案或許也可以從玻璃的發展中找到蛛絲馬跡。

根據史料，玻璃的興盛和廣泛應用主要發端於歐洲。下面就主要結合玻璃發展的幾個關鍵階段時期來看看玻璃是怎麼推動科技進步以及改變人類的生活。

相傳玻璃於公元前三千年左右由腓尼基人在沙地燒火做飯時無意中發明。當然這是一個美麗的傳說，玻璃發源於古埃及更為貼切，不過那時用陶土罐子來燒制玻璃，工藝複雜且周期長，造出的玻璃製品還不甚美觀，主要用做玻璃珠、瓶子等。當然這在當時已經堪稱稀世珍寶了。

真正讓玻璃走入日常生活的還是古羅馬人。因為他們掌握了普通高溫製造玻璃的訣竅，那就是發現助溶劑泡鹼。一下子使得玻璃生產變得更加容易，也讓玻璃開始得到應用，比如用來做窗玻璃、玻璃器皿、玻璃鏡等。更為厲害的是，古羅馬人還掌握了玻璃吹制技術，薄壁酒杯等玻璃器皿應運而生。這可是一項了不得的技術，因為之前製造玻璃都是用砂芯法，工藝複雜，而且得到的都是不透明的玻璃。吹製法產生後，生產的玻璃色彩更加豐富細膩，而且透明度更高了，生產成本也低了許多，可實現大規模生產，玻璃逐漸步入尋常百姓家。

波特蘭花瓶（古羅馬），玻璃製品

可見，這一階段，玻璃的最大貢獻就是改善了人們的居住條件和生活，例如，玻璃窗可以防風，薄壁酒杯可以一睹美酒之真容，增加了品酒的樂趣。另外，用玻璃製成的一些工藝品或裝飾品也受到歡迎，當然對於浮雕玻璃等那些精美的玻璃製品則只是富人們的享受。在很長一段時間，精緻的玻璃製品都是以奢侈品的身份擺放在宮廷或達官貴人豪宅的顯耀位置，凸顯主人的身份。

公元3世紀起，隨著羅馬帝國由盛轉衰直至滅亡，玻璃技術發展也開始了長達數個世紀的停滯。不過，基督教的興起以及擴散，為玻璃開拓了一個新的主要應用領域。玻璃主要是製成彩色玻璃窗，成為裝飾教堂的重要物品。絢爛迷離的玻璃圖案，既表達了宗教的教義，也使窗子遮蔽的教堂更顯得神秘莫測，誘使人們投入上帝的懷抱。

歐洲基督教堂的彩色玻璃窗

接著，玻璃的繁榮從12世紀開始，14-15世紀達到高峰。這一時期義大利威尼斯是歐洲玻璃製造中心，技藝高超的玻璃匠人們終於製造出無色透明的玻璃，以及水銀玻璃鏡。還發明了水晶玻璃，一種極薄也很輕的玻璃，幾乎沒有重量，也沒有顏色和瑕疵，可以做成各種精美的藝術品。正適逢文藝復興時期，各種精美的玻璃工藝品因滿足上流人士對珍奇物質的需求而得到大力追棒，也刺激了威尼斯玻璃匠人加強玻璃技術的開發以及促使玻璃工藝在歐洲的傳播。尤其意想不到的是，在玻璃的幫助下興起的透視畫法風靡一時。

威尼斯水晶玻璃製品

玻璃不斷滿足了人們對生活品質、對藝術和美的追求，但玻璃更廣泛的應用還未開發，不過已經打下了良好的基礎。比如一些科學家實驗室已經有了玻璃儀器，在玻璃儀器的支持下實驗法也應運而生。到15世紀末和16世紀初，凹面鏡、凸面鏡、眼鏡、透鏡等以玻璃製造的光學元件也相繼出現，在這些玻璃儀器的幫助下試驗科學也誕生了。

有了前面的鋪墊，16-17世紀終於迎來了玻璃真正應用於科技發展的時代，推動了科技的突飛猛進。舉幾個例子就可以看得出來，從公元1590年到十七世紀初，詹森和李普希同時獨立發明了顯微鏡。1683年服裝商兼制鏡人列文虎克製造出了300倍的顯微鏡，並首次觀察到了細菌。1608年，荷蘭的李普塞發明了第一架望遠鏡。1609年伽利略使用均勻透亮的高品質玻璃製造了一台望遠鏡，藉助這台望遠鏡，他發現了木星的衛星、土星光環、太陽黑子等並證實了日心說。1666年，牛頓以玻璃菱鏡展示把太陽光散射成彩色之後發現了彩虹原理，並於1704年，寫下一本關於光的折射的書，改變了人們對光和顏色的認知。

列文虎克和他製造的300倍顯微鏡

顯微鏡和望遠鏡可是被譽為人類偉大的發明之一，對世界產生了深遠的影響。沒有望遠鏡就不可能觀測到十分遙遠的星球，也不可能做出關鍵的天文測量，奠定對宇宙的理解。同理，沒有顯微鏡就不可能看見細菌之類的微生物，也不可能有系統地研究微觀世界，發展出醫療和各種工程技術。後來成為偉大科學家的伽利略、牛頓、笛卡爾、開普勒、列文虎克等正是利用這些玻璃儀器做出了卓越的成就。正如《迷人的材料》中所言「有多少諾貝爾獎是玻璃從旁邊推了一把？又有多少現代發明萌生於小小的試管中」。

由此可見，玻璃對科學實驗及破解宇宙奧秘、生命奧秘等發揮了極其重要的作用。其中，光學研究是玻璃的直接受益者，其次是化學、生物等研究了。正是玻璃的應用，可以直觀觀察到化學反應的過程變化；耐熱玻璃最大地壓制了玻璃的熱脹冷縮，讓高溫的化學反應得以實現；彎曲的玻璃製得的複雜器具也讓各種真空、冷凝得以實現。試想一下，如果沒有了玻璃，那化學實驗室會是個什麼樣子呢？

化學玻璃儀器

19世紀以來，真空玻璃瓶和通電燈絲的結合產生了電燈泡，從此世界不再是一片黑暗。玻璃技術的發展和光影技術結合，催生了照相機和熒光顯像管的誕生。前者直接帶動了電影的發明，後者則讓人類進入電視機時代，為人們帶來了前所未有的視覺享受和精神愉悅。此後，隨著玻璃工業化和規模化發展，各種性能和各種用途的玻璃製品相繼問世，成為日常生活、生產以及科學技術的重要材料。

可見，一直以來，玻璃在西方的發展可謂轟轟烈烈，16-17世紀更是一個小高潮。反觀我國，似乎又是另一番景象。雖然我國在春秋戰國時代已發明了鉛玻璃，漢代還有鉀硅酸鹽玻璃，這在當時也算是先進的技藝了。然而，可能由於我國陶瓷業的異常發達，玻璃始終沒能在我國古代材料史上佔住重要的一席，其發展也是一直倍受冷落，躊躇不前。就連玻璃這個名字在古代也是不曾有的，那時候稱之為琉璃。

戰國期的水晶杯，杭州博物館鎮館之寶

玻璃的冷落導致了顯微鏡、望遠鏡等那些打開科學大門的關鍵器材一直未能發明，相關科學的發展當然是無從談起。直至清代，由於傳教士的引入我國玻璃工業才算步入正軌，真正有了透明無色的玻璃。同時期，西方正利用玻璃儀器開展科技革命，然而那些滿清權貴和士大夫們僅僅滿足於用玻璃來製作鼻煙壺和一些工藝品，而不是更深入廣泛地推動玻璃的應用，甚至連傳教士引進的顯微鏡也只是當做把玩的奇器，玩物喪志之下最終使得整個王朝灰飛煙滅。

目前玻璃製造的儀器設備涵蓋了光、聲、電、磁、熱等各個領域，成為重要的生產或研究工具。值得一提的是，被譽為偉大發明之一的光纖，是今天信息化時代的紐帶，就是高純度的石英玻璃做成的。玻璃纖維則被譽為金屬的最佳替代材料，廣泛用于飛機製造等各行各業。人手一台的手機，其面板也是由一種鋁硅酸鹽玻璃構成。除此之外，還有其他TFT-LCD超薄玻璃基板、3D玻璃、曲面玻璃、抗菌玻璃、智能玻璃還在不斷地被開發應用。

智能全玻璃住宅套間（效果圖）

由上可見，玻璃的確在人類社會發展中起到了極其重要的作用，對科學技術的發展貢獻更是居功至偉。也難怪牛津大學科學史家羅姆·哈爾在其著作《偉大的科學實驗：改變我們世界觀的二十個實驗》（1981年出版）中對20個偉大實驗做例證分析，得出結論：「其中的十六個不使用玻璃設備將無法進行。」

未來的社會發展中，玻璃仍將扮演不可替代的重要角色。幾年前，有著160餘年歷史的美國康寧公司拍攝了兩集視頻「玻璃生活的一天」，生動地反映了玻璃將在數字世界中扮演的重要角色，從卧室、客廳、浴室、廚房、汽車、戶外、辦公室、商場等，智能玻璃將無處不在，成為我們生活的重要幫手。也許，這就是玻璃締造的未來生活真實寫照，只是希望這一天快點到來。

主要參考文獻：

1. 艾倫·麥克法蘭,格里·馬丁.玻璃的世界[M].管可穠，譯,北京：商務印書館，2003.

2.馬克·米奧多尼克,迷人的材料[M].賴盈滿 ,譯,北京:北京聯合出版公司，2015.

3.斯維什尼科夫,玻璃的故事[M].符其珣,譯,北京:中國青年出版社,2012.

[本文系原創同時刊載於新材料在線]