透过玻璃看世界

来源 :科学大众(中学) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tonze5082
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  我国张家界推出玻璃栈道以来,各地旅游区纷纷跟进抢建,四川阆中、湖南邵阳、河北藏山、河南新密、浙江湖州、甘肃临夏……仅在北京市,就有6大玻璃栈道。玻璃栈道风靡大江南北,在国内可谓遍地开花。曾几何时,这种4000多年前就被古埃及人制造出来的东西一直默默无闻地改变着世界。
  偶然的发现
  由于二氧化硅(沙子的主要成分)无法结晶,所以熔化后的二氧化硅凝固就能形成玻璃,说起来容易,但其实不然。在沙漠里点一堆火(火焰温度一般800℃),要是风势够大,可能会有部分沙子(熔点高达1200℃)熔化,成为半透明的棕色黏稠液体。液体冷却后确实会硬化成为玻璃,但几乎都会含有大量未熔化的沙粒。沙子虽然富含二氧化硅,却也含有风吹雨打带来的各种物质,实在可惜。利比亚沙漠有一个地区的沙子特别白,几乎完全由二氧化硅组成。这里的沙子熔化后就非常接近晶莹剔透的现代玻璃,古埃及图坦卡蒙王木乃伊上的圣甲虫首饰就有一块这样的沙漠玻璃。我们知道这块玻璃不是古埃及人制作的,因为它有2600万年的历史。目前只有一种物质跟它类似,就是1945年美国新墨西哥州白沙导弹靶场核试爆时产生的玻璃石。由于利比亚沙漠在2600万年前没有核爆,而生成如此纯净的玻璃需要极高的温度,因此目前认为应该由火山喷发或者陨石撞击产生的巨大热量所致。
  虽然古埃及人最早制造出玻璃,不过真正让玻璃变得廉价,走入日常生活的还是古罗马人。一群古罗马人在沙滩上做饭,偶然发现生火处一地亮晶晶的碎片,于是发现了“助熔剂”泡碱(主要成分碳酸钠)的妙用。泡碱让古罗马人制作透明玻璃的温度低了许多,大量玻璃被制造,再用四通八达的贸易网络把产品运往古罗马帝国各地,供工匠制作成各种用品。
  古罗马人非常喜欢玻璃,从各种充满创意的使用方式可以看出他们热爱的程度,例如玻璃窗就是他们发明的,开启了人类把玻璃用于建筑的热潮。古罗马之前,窗户都是直接开着(英文的窗户原意是“风眼”),虽然有些窗户会加装百叶窗或窗帘遮风挡雨,但以透明材料作为保护还是前所未有的。玻璃问世之前,镜子都是由金属表面高度抛光制成的。古罗马人发现,在金属上加一层透明玻璃,不仅能保护金属表面不受刮损和腐蚀,还能减少金属的用量到只需1毫米厚即可。这使得镜子的造价大幅降低,并增加效用和寿命,直到今日这依然是大多数镜子的基本制作方法。古罗马人还发现玻璃加热到一定程度,用铁钳夹着就能拉出各种形状,甚至能在玻璃红热时吹气进去,冷却后形成完美的玻璃泡泡。凭着玻璃吹制技术,古罗马人终于能做出精致和复杂程度前所未有的酒瓶、酒杯。或许因为玻璃实在太脆弱了,所以制造玻璃的技术在古罗马人取得大幅跃进之后,便停滞不前。
  拥有玻璃者多助
  古罗马帝国瓦解后,中国人的制造水平已经领先了西方世界足足1000年,指南针、造纸、火药和印刷等领域遥遥领先,特别是针对陶瓷的研究成了中国( China原意为“瓷器”)的名片,却独独忽略了玻璃。
  中国人曾买过古罗马人的玻璃,也懂得怎样制作玻璃,却没有继续发展制造玻璃的技术。由于缺乏玻璃技术,制造工艺发达的中国人,却未能发明17世纪的两大利器望远镜(天文学)和显微镜(生物学),这些物品都要等到西方传教±引入时,才得以接触。没有望远镜的帮助就不可能看见木星的卫星,也不可能看见冥王星并做出关键的天文测量,奠定我们现在对宇宙的理解。同理,没有显微镜就不可能看见细菌之类的微生物,也不可能有系统地研究微观世界,发展出医疗和各种工程技术。
  推进科技进步
  玻璃工匠在几百年前就已经发现,阳光以某个角度穿透玻璃时,会在墙上形成迷你彩虹,却一直无法解释其原因。直到1666年,天才科学家牛顿发现棱镜不仅能让“白光”变成七彩色光,还能反转整个过程,把七色光合成白光。于是他推论,玻璃产生的七种色光其实一开始就在光里。这些色光混成一道光线,从太阳直射而来,进入玻璃后才又各自分散。光穿透水滴会造成迷你彩虹,也是同样的道理,因而牛顿成为提出彩虹原理的第一人。
  牛顿就这样破解了彩虹的秘密,也凸显了玻璃破解宇宙奥秘的贡献。玻璃的功劳可不仅限于光学(物理学),化学更是因它而改头换面,得到的帮助比任何学科都大。只要走一趟化学实验室就能明白,玻璃的透明与惰性,让它非常适合用来混合化学物质和观察反应。在玻璃试管发明之前,化学反应都在不透明的烧杯里进行,因此很难看到过程中发生的变化。有了玻璃这种材质,尤其是耐热玻璃问世之后,化学总算成为一门有系统的科学。
  玻璃受热不均时,温度差异导致不同部位的胀缩速率不同,会彼此挤压,在玻璃内部形成应力,产生裂痕最后导致破裂。要是玻璃瓶里装的是沸腾的硫酸,瓶子碎裂还可能导致人残废甚至死亡。耐热玻璃是加了氧化硼的玻璃。氧化硼分子和二氧化硅分子一样,很难形成结晶,更重要的是玻璃加了它会抑制热胀冷缩。硼硅玻璃的出现让玻璃的热胀冷缩从此绝迹,也连带去除了应力,让化学家可以随意加热或冷却化学物质,专心研究化学现象,不必担心可能产生的热冲击。玻璃还让化学家只用喷灯就能弯曲试管,制作复杂的化学器具(例如蒸馏瓶和气密容器)也容易许多,让他們可以随心所欲地搜集气体、控制液体和进行化学实验。玻璃器材是化学家最听话的仆人,好用到专业的化学实验室都至少有一台吹玻璃机。有多少诺贝尔奖是玻璃从旁边推了一把?又有多少现代发明萌生于小小的试管之中?
  被玻璃包围的世界
  你或许在光滑的金属表面或池塘边见过自己的倒影,但对我们大多数人来说,玻璃镜子才是自我形象最后、最亲密的裁判,就连照片和录像画面也是透过镜片才得以记录下来。
  人们常说,地球上已经找不到多少地方是人迹未至的了,但这么说的人往往只想到肉眼可见的世界。只要拿起放大镜到家里任何一个角落,就会发现一个全新的世界正等着你探索。强力显微镜会带你进入另一个世界,里头充满各种稀奇古怪的微生物,而望远镜会带你一窥宇宙和其中蕴含的无限可能。蚂蚁在蚂蚁的世界构筑城市,细菌在细菌的国度造桥铺路,人的世界、城市与文明一点也不特别,只有一点与众不同,就是我们拥有的一种材料,可以让我们超越人的尺度,那就是玻璃。
  玻璃让一切成为可能,我们却对它缺乏感情。玻璃对人类的历史和生活如此重要,却未能赢得我们的喜爱。世人很少像对木头地板或铸铁结构火车站一样讴歌玻璃,也很少轻抚双层隔热窗户欣赏它的质感。这也许是因为玻璃本质上是毫无特色的材质,它光滑、透明而冰冷,少了几分人昧。人类更喜欢色彩丰富、细致、精巧或奇形怪状的玻璃,只是这种玻璃往往中看不中用。最有用的玻璃,是我们用来建构现代城市的玻璃,它总是又平又厚,而且完全透明。也许正因为我们总是看穿它而不是看到它,使得玻璃始终无法成为我们生活中备受珍惜的东西。
其他文献
该文提出IGCC蒸汽系统流与参数综合优化的新思路和新方法,并对大型400MW级IGCC电站系统进行模块化模和模拟分析,总结和揭示了IGCC蒸汽系统综合优化的规律,得出了若干有实用参考
鸡西矿业集团公司张辰煤矿西三采区3
贺仲明是个批评家。在当今的文化语境里,“批评家”这个词可以与许多事物产生关联。我觉得其中有一项可以是医生。讲到医生,自然就会想到 He Zhongming is a critic. In tod
该文提出了一个通用的对比蒸汽压方程,并在此基础上得出了适用于不同流体和不同饱和温度的汽化定数”,指出了特鲁顿规则的适用条件和局限性。(本刊录)
蒸汽蓄热器是具有很大蓄放能能力的钢制压力容器,在发达国家及日本已得到广泛的应用。在中国能源利用率仍很低的今天,研究其合理结构,达到最大蓄能能力,仍具有现实意义。该文在总
木材干燥是一个变工况过程,干燥室内的温度逐渐升高,而相对湿度逐渐降低。该文通过理论模拟分析与热泵干燥机的生产性试验,研究了某些运行参数在变工况下对热泵干燥机能耗的影响
该文从微观理论出发,结合物质的宏观特性,提出了一个适合流体从三相点到临界点的新的对比蒸气压方程。采用最小二乘回归的方法,对单原子物质、氟里昂类致冷工质和碳氢化合物等分