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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 [:1700544683]
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 高温闪电造玻璃
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闪电可以解决这个问题。闪电击中沙漠会产生超过10，000℃的高温，不仅熔化沙子绰绰有余，还能让沙子变成称为硅管石或闪电熔岩的玻璃柱。这些玻璃柱色如焦炭，状似闪电，令人想起雷神托尔发怒射出的雷霆，因此硅管石的拉丁字源（fulgur）意思就是闪电。闪电熔岩因为是中空的，所以重量极轻，它的外层坚硬，内层是光滑的中空管状构造。最先遭闪电击中的沙子受高热蒸发，因此形成中空，中空孔洞向外传热，先把沙子熔化，形成光滑的玻璃层，而再往外传的温度只能让沙子熔合在一起，于是形成粗糙的边缘。闪电熔岩的颜色取决于沙子的组成元素，从灰黑色到半透明的都有。石英沙漠的闪电熔岩就是半透明的。闪电熔岩最长可达15米，非常易碎，因为主体几乎都是轻度熔合的沙子。过去民众只把闪电熔岩当成新奇古怪的东西，直到最近才改观。闪电熔岩生成瞬间会锁住空气，形成气泡，使得远古的闪电熔岩成为很有用的史料，让研究全球暖化的科学家可以通过这些气泡，掌握沙漠过去的气候变化。
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利比亚沙漠发现的闪电熔岩
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利比亚沙漠有一个地区的沙子特别白，几乎完全由石英组成。这里找到的硅管石非常接近晶莹剔透的现代玻璃，一点也不像脏兮兮的闪电熔岩。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，因为最近研究发现它有2600万年的历史。目前已知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，因此目前认为应该是陨石撞击产生的巨大能量所致。
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古埃及图坦卡蒙王木乃伊上的圣甲虫首饰，中央的宝石就是沙漠玻璃
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所以，不靠陨石撞击或核弹爆炸，我们要如何做出现代的窗户、眼镜和酒杯用的那种玻璃呢？
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 罗马人的科学智慧
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虽然古埃及人和古希腊人都对玻璃制造有所贡献，不过真正让玻璃走入日常生活的还是古罗马人，是他们发现了“助熔剂”的妙用。他们使用的助熔剂是泡碱，一种天然生成的碳酸钠。泡碱让古罗马人制作透明玻璃的温度低了许多，不再需要加热到足以熔化纯石英的温度。他们选择的制造地点有成分正确的原料以及温度够高的窑烧，在那里大量制造玻璃，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。这些做法并不空前，过去就有人做过，但根据古罗马史家老普林尼的说法，古罗马人让玻璃变得廉价，使它首次成为寻常百姓也能使用的物品。
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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。古罗马之前，窗户都是直接开着（英文的窗户window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创举。但显然当时的窗玻璃都很小，而且必须用铅焊接，因为古罗马人还没有能力制作大面玻璃。不过他们却开启了人类把玻璃用于建筑的热潮，至今依然热度不减。
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透明玻璃问世之前，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一毫米厚即可。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。
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古罗马人的玻璃工艺可不止于此。公元1世纪以前，玻璃制品都是熔化玻璃砂再灌模做成的。粗糙的玻璃制品使用这种方法绰绰有余，但想制作更精致的物品就要很费功夫了。例如制作薄酒杯时，模腔必须够细，但浓稠的玻璃熔浆很难灌入细的模腔。古罗马人发现固态玻璃只要加热到一定程度，就会像塑料一样容易塑形，用铁钳夹着就能在玻璃冷却前拉出各种形状，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薄壁酒杯。
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玻璃发明之前，酒杯都是金属、兽角或陶瓷做成的不透明容器，欣赏美酒完全得靠味觉。玻璃酒杯发明后，酒的色泽、透明度和亮度也变得重要起来。看得到自己在喝什么，对我们来说稀松平常，对古罗马人却是全新的体验，他们爱极了这种视觉享受。
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古罗马酒杯已经是当时人类技术和文明之冠，不过比起现代酒杯还是相形见绌多了。当时的问题是，玻璃内含大量气泡，不仅破坏美感，还会严重削弱玻璃强度。无论杯子互碰或不慎摔到地上，物质受力时都会把力分摊给各个原子以吸收外压，减少单一原子的受力，无法负荷的原子会脱离原本的位置，形成裂痕。气泡或裂痕所在的原子，周边原子较少，无法靠周边原子拉住它们或分散受力，因此更容易脱离原本的位置。玻璃摔碎是因为外力太大，玻璃内部发生连锁反应，某原子脱离原位会连带拉走周边的原子。外力越大，发生连锁反应所需的气泡或裂痕就越小。换句话说，玻璃里的气泡越大，酒杯就越禁不起撞击。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 中国人独缺的发明
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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。中国人也懂得制作玻璃，甚至曾买卖古罗马人的玻璃，却没有继续发展制玻技术。这一点颇令人意外，因为在罗马帝国瓦解后，中国人的材料技术发展领先了西方世界足足一千年。他们在纸、木材、陶瓷和金属的发展上都是专家，却独独忽略了玻璃。
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相较之下，西方由于酒杯曾经风骚一时，使得西方人对玻璃始终带有一分尊敬与欣赏，导致其文化深受影响。透明防水的窗玻璃能让光线进入又能遮风避雨，在欧洲实在有用，很难被忽略，天气较冷的北欧尤其如此。不过，欧洲人起初只能做出小面的坚固透明玻璃，幸好可以用铅接合成大面玻璃，甚至可以上釉着色。彩绘和花窗玻璃成为财富和文化的象征，更彻底改写了欧洲教堂建筑。为教堂制作花窗玻璃的工匠，逐渐获得和石匠同等的地位，备受敬重，新的上釉技术也在欧洲蓬勃发展。
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19世纪之前，东方人一直轻忽玻璃。日本和中国的房子主要使用纸窗，虽然效果良好，却造就了不同于西方人的建筑风格。
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由于缺乏玻璃技术，东方就算工艺发达，也未能发明望远镜和显微镜，这些物品都要等到西方传教士引入时，才得以接触。当时中国工艺技术遥遥领先，实在无法判断，是否因为少了这两项关键的光学仪器，才未能如17世纪的西方般更进一步发生科学革命。