《科学理解的方法论 10》

孔德谈到科学知识必须是有用的，大概指科学的实用性。科学促进了技术的发展，从而改善了人类的生产和生活。纯粹的探索世界的科学人员不太会关注科学的实用性。那是工程技术人员关心的问题。但是，技术在科学探索里具有重要作用。两者同时伴随人类的成长。在希腊的国家考古博物馆和土耳其的安纳托利亚文明史博物馆都陈列有古代的玻璃器件。精美程度不亚于天然宝石。人类历史上发明了青铜和铁的技术和器件，也发明了诸如陶瓷之类的混和材料。古罗马人发明了混凝土。中国人在七世纪发明了瓷器。但是就对科学发展的贡献而言，所有这些都比不上玻璃和玻璃器件。近代西方人用中国来的华丽瓷片装饰房子墙面，用华贵瓷器摆设厅堂来炫耀财富和身份。这确实是中国人的骄傲。到了十六世纪，意大利的佛罗伦萨才能够制造瓷器。相比较，中国基本上没有玻璃的历史。本土玻璃的文字记载和遗留实物很少。中西方交流从汉代开始。却也没有从西方足够地接受引进玻璃有关的技术和器物。不能说玻璃在中国历史上的缺失对中国的科技发展有直接的影响。但是这种对照不免让人思考。在这里，我们不妨回顾一下玻璃的发展史。

火山爆发的高温可以产生一种叫做黑曜石的天然玻璃。黑曜石破裂的残片有锋厉的边棱。石器时代的人类用来作为切割的工具。大约四千多年前，居住在现在伊拉克的两河流域的古人懂得制作玻璃。现在还能看到古代玻璃散落在新月沃地的两河流域，叙利亚，和埃及等地。玻璃制作的基本过程就是将其中主要成分的砂子（二氧化硅）加热熔化，再冷却凝固。古人会掺入苏打（碳酸钠）和石灰（氧化钙）。苏打可以将砂子的熔点降到一千摄氏度左右，方便玻璃制作。石灰起到稳定剂的作用。玻璃是一种非晶固体，因为在冷却过程中，氧和硅原子不断运动，来不及形成一个长程有序排列的最稳态结构。事实上，玻璃也可以看成半液体。欧洲人在十二世纪开始给罗曼式的和哥特式教堂装上彩色玻璃。几百年后，玻璃在引力作用下发生形变，上部变薄，下部变厚了。顺带提一下，随处可见的砂子也是现代半导体技术基础晶片的原始材料。

原始的玻璃工艺类似于同期金属物件制作的铸制法。因为条件限制，只能生成小件的玻璃珠和玻璃片。又因为氧化物杂质无法清除，玻璃物件呈现各种颜色，可以用作装饰品。当年麦哲伦环球航行时，西班牙人只用玻璃珠和美洲的土著人交易，就能换来足够的超价值的食物和金银。后来，两河流域的古人又发明了一种核成法，在一个硬核表面烧制玻璃层。这样就可以制成玻璃容器。玻璃制品就有了广泛的实用性。再刻意加入氧化物颜料。这样的玻璃器件极具装饰性。

到了罗马统治时期的公元前一世纪，居住在黎巴嫩的腓尼基人发明了吹制法。这是一次技术上的革命，极大地提高了玻璃器件的生产能力。腓尼基人一直坚守技术秘密。玻璃器件仍然普及开来，也更廉价。罗马人又将浮雕技术用在玻璃上，制作出宝石玻璃，可谓美仑美奂。亚历山大港成为玻璃制造中心。到了二世纪，罗马人懂得切刻玻璃，能够制造足够大的玻璃块，用作窗玻璃。这时的玻璃的成色仍然不高，还不够透明。

到了中世纪后期，玻璃制作又在中欧和北欧的森林地区兴起。人们利用木柴烧制的钾碱替代苏打。生产原料更普遍实用。当时盛行的炼金术和医术都要求透明的玻璃器皿。中北欧人在玻璃制作中添加锰元素，用来置换还原玻璃中的铁离子，让玻璃变得澄清些。玻璃仍然还有些淡淡的黄绿色。

--写于2022年7月4日（图片来自网络）