編者按：什么材料對人類的文明進步和世界發展最重要？作者表示，是玻璃。雖然我們在很久之前就開始使用這種材料，但是到目前為止也不曾對它有相當清晰的認知。作者認為玻璃對我們人類世界的影響比任何其他物質都要大，但由于玻璃已經完美地融合進了我們生活的方方面面，以至于我們對其熟視無睹。文章回顧了人們應用玻璃的歷史和玻璃對人類文明飛躍的巨大作用，對玻璃的未來進行了樂觀的展望。本文作者DOUGLAS MAIN，原文題目Humankind’s Most Important Material。

為了能讓你看到這篇文章，這些詞被編碼后通過光纖電纜以每秒125000英里的速度傳送到你面前。這些橫跨山脈和海洋的光纖，是由比純凈水還透明30倍的發絲玻璃制成的。該技術是由Corning公司的一個團隊發現的。1970年，他們申請了一種可以遠距離傳輸大量信息的電纜，這是其他研究人員幾十年的研究成果。

如果你是在智能手機上讀到這篇文章的，那你還欠史蒂夫·喬布斯一個人情。2006年，喬布斯曾要求Corning公司為他的新產品iPhone定制一款輕薄、結實的屏幕。然后Gorilla Glass橫空出世，主導了整個移動設備市場。安裝了第五代Gorilla Glass屏幕的手機可以從5英尺的高度摔下并有80%概率完好無損。

玻璃的作用可遠遠不止這些。沒有玻璃，我們甚至都沒法認識世界了——眼鏡，燈泡，還有窗戶。不過盡管玻璃無處不在，但在研究團體中仍有一些關于“玻璃”該如何定義的爭論。一些人傾向于強調其堅固的本質，而另一些則強調其流動性。還有很多問題有待回答，比如為什么有些玻璃比其他玻璃更堅固，或者為什么某些混合物產生獨特的光學或結構特性。除此之外，在幾乎無窮無盡的“玻璃”數據庫中，已知玻璃的數量已經超過35萬種，但在理論上，混合物的數量是有限的。令人嘆為觀止的新玻璃產品層出不窮。玻璃對世界的影響比任何其他物質都要大，而且在許多方面，它是人類時代的決定性材料。

加州大學洛杉磯分校的玻璃專家和材料研究員Mathieu Bauchy說：“我們制造玻璃已經有幾千年了，但我們仍然不知道它到底是什么。”大多數玻璃都是混合材料加熱然后迅速冷卻的產物。拿平板玻璃來說吧，這種混合物可以包括沙子（二氧化硅）、石灰和蘇打水。硅提供透明度，鈣提供強度，蘇打降低熔點。愛荷華州立大學的玻璃科學家Steve Martin解釋說，快速冷卻過程中打破了原子固有的組合規律。

這就解釋了為什么玻璃既不是晶體，也不是液體，而是一種無序原子固體。玻璃內部的原子想要重新形成晶體結構，但由于“冰凍”狀態卻無法實現。你可能聽說過，教堂的窗戶在很長一段時間內都在“流動”，這就是為什么底部的玻璃更厚的原因了。但其實這是個謬誤——導致這種結果的原因是熔融玻璃由于技術問題形成了不平整的補丁。但玻璃的確會移動，只不過速度極為緩慢。去年發表在《美國陶瓷學會雜志》上的一項研究估計，室溫下的教堂玻璃流動1納米所花的時間超過10億年。

玻璃與人類

盡管像黑曜石這樣的自然火山玻璃在人類歷史早期就被制成了工具，但是玻璃可能是在4000多年前在美索不達米亞被首次制造出來的。它很可能是生產陶瓷釉過程中的副產品。Corning玻璃博物館的執行總監Karol Wight說，這項技術很快就傳到了古埃及，第一批玻璃制品包括珠子、板子和棍子，通常用添加的礦物質來裝飾，看起來就像其他材料一樣。

早在公元前2000年，工匠們就開始制造像花瓶這樣的小容器了。Wight補充說，考古學家發掘出了闡明這類材料的配方的楔形文字，但這些文字是用隱藏商業機密的加密語言寫成的。

在羅馬帝國的早期，玻璃已經成為一個正式的行業。作家Petronius講述了一個工匠向提比略大帝展示一塊據說無法打碎的玻璃的故事。提比略問工匠說:“還有其他人知道怎么做這種玻璃嗎？”“沒有了”，工匠回答說，然后提比略就砍下了他的腦袋。盡管提比略的動機不得而知，但可以想象到的是，這樣一項發明會首次顛覆羅馬重要的玻璃工業。

第一個重大創新出現在公元前一世紀。當時，在耶路撒冷周圍發明了吹制玻璃的技術。羅馬人很快就弄明白了如何使玻璃變得相對透明，然后就出現了第一個玻璃窗。玻璃迎來了它作用的一個重要轉變——以前，這種材料的主要價值在于它的顏色和裝飾性，而現在人們現在可以透過玻璃看，而不用總是盯著玻璃看。幾個世紀后，羅馬人開始批量化生產玻璃，玻璃最終在整個歐亞大陸傳播開來。

在這個時候，科學還沒有被很好地理解，玻璃這種東西仍然蒙著一層神秘的面紗。例如，羅馬人發明了一種被稱為“萊庫格斯杯”的著名高腳杯，它被光正面照射時就呈現出翠綠色，但在背光時卻呈紅色。研究表明這一令人難以置信的特性是由于納米級銀和金粒子存在的原因，觀察者所處的位置改變，觀察到的顏色也會改變。

在中世紀時期，歐洲人和阿拉伯人掌握著玻璃制作的秘密。到了中世紀的鼎盛時期，歐洲人開始生產彩色玻璃。Wight說，在西歐的教堂里，這些畫在玻璃上的宏偉作品在教導大多數文盲認知教義方面發揮了巨大的作用。也難怪它們會被稱為窮人的圣經。

雖然羅馬時代起窗戶就已經存在了，但它們仍然價格不菲，無處可覓。但是，在1851年萬國工業博覽會上主場館被建造之后，情況開始改變。這座巨大的建筑在倫敦落成，里面有近100萬平方英尺的玻璃。（這比紐約聯合國總部的玻璃用量高出了4倍多，而后者還是在一個世紀以后建立起來的。）“水晶宮向人們展示了窗戶的力量和美麗，并對建筑和消費者需求產生了重要影響”， SageGlass公司——一家生產有色玻璃和其他產品的公司——的首席執行官Alan McLenaghan說。1936年，水晶宮在一場大火中被夷為平地，但幾年之后，當英國玻璃公司Pilkington發明了浮動玻璃技術時，窗戶成本變得更便宜了，這項技術是通過將玻璃漂浮在熔錫上來制造平面玻璃的。

進步的階梯

早在窗戶普及之前，意大利北部的未知發明家就在13世紀末創造了第一副眼鏡。這項發明助力了讀寫能力的普及，同時也為更先進的鏡片鋪平了道路，幫助人們看到了更加深不可測的東西。到15世紀，威尼斯人開始完善制作“cristallo”——一種非常透明的玻璃的技術。其中一種配方涉及到石英石，這些石英石是由含鹽的植物提煉而成的，它提供了硅、錳和鈉的正確比例，但在當時還不為人知。保密是生死攸關的事，玻璃制造商雖然享有很高的社會地位，但如果離開威尼斯共和國，他們將面臨死刑。威尼斯人因此統治玻璃市場長達200年之久。

威尼斯人還造出了第一面由玻璃制成的鏡子，它將以不為人知的方式改變世界。在此之前，鏡子由拋光的金屬或黑曜石做成，但價格極其昂貴，而且幾乎難以映出人像來。這項發明為望遠鏡和藝術的革新開辟了道路，讓意大利畫家Filippo Brunelleschi在1425年發現了線性透視。鏡子也改變了關于“自我”的概念。作家Ian Mortimer甚至建議，在玻璃鏡子前，人們可以把自己看作是獨一無二、與眾不同的。

除了單純的反射之外，玻璃還能夠實現放大的作用。大約在1590年，“上陣父子兵”的Hans and Zacharias Janssen發明了一種復合顯微鏡，在管子兩端有透鏡，能夠實現9倍的放大效果。一個荷蘭人，Antony van Leeuwenhoek（列文虎克），又實現了新的飛躍。他作為一個相對沒有受過教育的人，在一家布店里當學徒，店里日常工作期間他就用放大鏡數著布料上的線。后來他發明了新的拋光和研磨鏡片的方法，創造了一種能把圖像放大到270倍的裝置。這讓他在16世紀70年代偶然地發現細菌和原生生物等一系列微生物。

英國科學家Robert Hooke不僅證實了這些發現，還改進了Leeuwenhoek（列文虎克）的顯微鏡。他創作了《Micrographia》一書，這本書是關于微觀世界的第一本書，書中描繪了一些在此之前根本無法看到的景象，如海綿的質地和類似跳蚤這樣的小生物（Hooke寫道:“它們仿佛是用一套奇特而又泛著光澤的黑甲巧妙地拼接起來的生物。”）。通過顯微鏡觀察軟木塞，木塞那蜂窩狀的結構讓Hooke想起了修道院的單人小房間（cell），讓于是他就使用了“細胞（cell）”這個詞。這些工具上的進步改變了科學和科學的探究方法，引領了微生物理論和微生物學的蓬勃發展。

在實驗室的其他地方，透明的玻璃器皿和像燒杯以及吸管之類的設備的發展使得測量和將不同的材料混合起來成為可能，而工具的進步帶來的研究方式的改變遠遠不止這些。而在這些玻璃工具的助力之下，不僅現代化學和醫學取得了令人矚目的跨越式發展，包括諸如蒸汽機和內燃機在內的工業也獲得了難以置信的進步。

當一些人用顯微鏡和刻度圓筒進行微觀領域的探索時，另一部分人卻把目光投向了更為浩瀚的星空。雖然關于誰發明了望遠鏡的爭論仍然不曾休止，但最早的記錄出現在1608年的荷蘭。一年后，伽利略（Galileo Galilei）改進了原有的設計，開始向深邃的天空發起了探索。第二年，他觀察到了木星的衛星，并最終意識到，自希臘時代以來一直占據主導地位的“地心說”是荒謬而錯誤的。天主教會對此自然并不滿意。1616年，一個調查委員會宣布日心說“在哲學上是愚蠢的和荒謬的，并且是徹頭徹尾的異端邪說，因為它在許多地方與圣經所告訴我們的有著明顯的矛盾。”唔，是不是該來一句，“該死的玻璃！”

玻璃帶給我們的影響目前看不到任何減弱的跡象。展望未來，研究人員還希望能在玻璃的應用上取得更為深刻的拓展，包括通過使用玻璃來處理核廢料、制造更安全的電池和更為前沿的生物醫學植入物等等。工程師們也在嘗試制造更為精密的觸摸屏，自動著色的窗戶玻璃，以及真正牢不可破的玻璃。

那么下一次，當你看到自己面前這種或那種玻璃時，想想這是一種何其之奇妙的物質，它是地球和火焰的產物，但又像池塘里的冰一樣凝固不動，像是囚禁著原子的煉獄，卻為人類的活動和文明的進步大開方便之門。我們要真正地關注玻璃，而不是熟視無睹——離開了玻璃，有些真相我們可能永遠也看不到了。

本文轉自36氪，原文鏈接：http://36kr.com/p/5127764.html