如果你抓起一把沙子放在顯微鏡下仔細(xì)看看，你就會發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)沙礫就是一塊塊的晶體——“石英”，石英就是“二氧化硅結(jié)晶”，所以就不奇怪為什么我們說地球上最多的元素，除了氧就是硅了吧。  顯微鏡下的沙粒 像冰晶這樣的晶體，加熱到一個臨界溫度（對于水來說就是0度）就會“化”成水，再冷卻到這個溫度就會結(jié)成冰，這是再正常不過的事兒了。 然而對于二氧化硅卻不是這樣！ 液態(tài)的二氧化硅冷卻時，很難再形成結(jié)晶，感覺就像是二氧化硅忘記了怎么結(jié)晶一樣；而且在冷卻的過程中，流體越來越粘，原子越來越難以移動，更別說回到晶體要求的位置了；最后的結(jié)果就是—— 形成了具有液態(tài)結(jié)構(gòu)的二氧化硅固體——玻璃。 把沙子加熱就是玻璃么？既然成分一樣，那我們把沙子加熱就是玻璃了么？是不是以前的人就是這樣做玻璃的？ 其實(shí)沒有這么簡單啦。 如果把沙子熔化，你確實(shí)會得到半透明的黏稠液體，冷卻以后也會形成類似于玻璃狀的形態(tài)，但是幾乎都會含有大量未能熔化的沙粒，外觀就如同棕色的鱗片，而且很快瓦解掉再次變?yōu)樯沉?/strong>。 不然的話，地球上就到處都是“玻璃地”了。 那么，為什么不行呢? 一是因?yàn)榈V物成分還是不對，含有雜質(zhì)，是做不成好玻璃的；第二，即使成分正確，還有一個問題，就是溫度，正常需要保持在1200度左右，而一般的火焰也才七八百度左右。 這樣的高溫，古代人怎么得到呢？ 羅馬人的科學(xué)智慧羅馬人在真正意義上創(chuàng)造并應(yīng)用了玻璃，其中的關(guān)鍵在于他們發(fā)現(xiàn)了“助熔劑”的妙用。 他們使用的助熔劑是“泡堿”，是一種天然碳酸鈉，它的存在使得熔化純石英的溫度低了很多。 正是這種方法的誕生，幫助羅馬人大量地生產(chǎn)了透明玻璃，羅馬人也是最擅長在建筑中使用玻璃窗的民族。 羅馬人最喜歡五顏六色的玻璃窗 玻璃工藝不止于此，羅馬人發(fā)現(xiàn)固態(tài)玻璃只要加熱到一定程度，就會非常容易塑形，用鐵鉗夾著就能拉出各種形狀，甚至能在玻璃紅熱時吹氣進(jìn)去，所以羅馬人實(shí)現(xiàn)了精致的薄壁酒杯的制造技術(shù)。 玻璃杯發(fā)明以前，酒杯都是金屬/獸角或陶瓷制造的，欣賞美酒完全是靠味覺，而玻璃酒杯發(fā)明以后，酒的色澤/透明度/亮度也變得重要起來，你看得到自己喝的是什么，這是當(dāng)時的一大進(jìn)步。 中國人科技樹上的最大缺失在羅馬帝國瓦解之時，中國人的材料技術(shù)仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先西方世界足足一千年，我們在紙張/木材/陶瓷/金屬的發(fā)展上都是世界第一，卻獨(dú)獨(dú)忽略了玻璃，這是中國人科技史上最大的遺憾。 沒有玻璃技術(shù)，就未能發(fā)明望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡，使得在光科學(xué)方面有著巨大的欠缺；進(jìn)一步的，沒有望遠(yuǎn)鏡，也就限制了天文學(xué)和航?；顒樱粵]有顯微鏡也就無緣微觀世界，更不可能進(jìn)入現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的殿堂。 沒有玻璃技術(shù)，甚至連化學(xué)也難以發(fā)展，因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室特別依賴這種化學(xué)惰性而又透明的容器，化學(xué)在玻璃容器的幫助下，可謂是改頭換面，成為一套系統(tǒng)的學(xué)科。 所以可以說，中國人的科技樹上，奇怪地少了一環(huán)，與后來的落后恐怕也有不小的關(guān)系。 玻璃能透光的秘密先不看下面的文章，我們是否能夠解釋玻璃透光的原理呢，一旦這樣提問，我們多數(shù)人也很難做一個“完美的解釋”。 物質(zhì)都是由分子原子構(gòu)成的，而我們知道，分子原子中絕大多數(shù)位置的空間都是“空空如也”的，只有幾顆非常小的“電子”孤零零地漂泊著，難道光從這個空間縫隙中穿過了么？ 如果真是這樣，那么問題應(yīng)該變成—— 為什么不是任何物質(zhì)都是透明的呢？ 其實(shí)，這里需要使用量子力學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行解釋了，當(dāng)光子打到普通物質(zhì)上時，電子會把能量吸收，躍遷（升級）到更高的層級上，其實(shí)就是把光子給吸收了。 而玻璃中的量子排列與眾不同，常見的可見光光子的能量無法讓玻璃中的電子“升級”，于是光子就直接穿過去了。這就是玻璃透明的原因了。 有人問，能量不夠的話，多一些光子，能量強(qiáng)一些呢？這里就是量子力學(xué)的原理了，光子的能量必須是特定的值，這稱為“量子化”，不夠就是不夠。 那這么說，提高單個光子的能量，就穿不過去了唄！ 對，正是這樣。比如紫外光光子，它的能量就比可見光大，所以就無法穿過玻璃，所以對人來說玻璃是可以防曬的，玻璃對于紫外線來說是不透明的。 |
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