《科学理解的方法论 12》

现代人的日常生活离不开玻璃镜。在十六世纪威尼斯人发明了玻璃镜并使之商业化。玻璃镜的制作过程是将锡汞合金涂在玻璃的背面。然后加热让水银蒸发掉。留下金属锡的反光面。最大的玻璃镜可以做到一米见长。这时的玻璃面制作依然是吹制法。威尼斯人懂得吹制成一个大的玻璃圆柱形。将底面和顶面裁掉，再将玻璃面切开摊平。十七世纪法国国王路易十四建造了凡尔赛宫。里面最辉煌炫目的莫过于镜厅。仅仅是厅里五百来面大小的玻璃镜就足以说明凡尔赛宫的奢华。1835年，德国化学家李比希发明了现代玻璃镜的制作工艺。在玻璃面上用化学沉积法镀上一层硝酸银。然后再将银还原出来形成一层银金属膜。银面玻璃镜的质量明显要好。因为没有水银的参与，这个新工艺大大降低了玻璃镜制作对人体的伤害和环境的影响。

玻璃镜的产生又促成更多的光学精密仪器。法布罗-珀罗干涉仪可以用作光学滤波和光谱分析。激光器的谐振腔也是同理与法布罗-珀罗干涉仪。迈克尔逊发明了一种干涉仪来研究地球相对以太的运动。结果直接导致狭义相对论的诞生。最近的引力波探测器的核心也是一个迈克尔逊干涉仪。当年迈克尔逊为提高实验精度，将干涉臂加长到十一米。而引力波探测要求的精度极其高。空间扭曲的幅度不超过一个氢原子直经的一亿分之一。引力波探测器的一个干涉臂就长达四公里。

从十七世纪开始，玻璃制造逐渐转移到英国，实现大规模工业生产。1674年，雷文斯克洛夫特改用煤炭作燃料，改用当地的燧石作主要原料，改用掺杂氧化铅降低熔点，成功制成了铅玻璃（也叫燧石玻璃）。氧化铅添加剂延长了玻璃的可制作时间。玻璃制作还是吹制法。到十九世纪中叶，技术进行了改良。处于熔化状的玻璃由转筒压平，再传送到温控炉里淬火冷却。不久之后，机械自动化运用到平板玻璃制作。这种玻璃工艺的缺点是玻璃表面粗糙不平，需要抛光打磨，所以成本较高。1887年，在约克郡的工厂就可以使用半自动化标准程序实现每小时两百个玻璃瓶的快速生产。1851年，帕克斯顿在建造水晶宫时第一次使用玻璃作为建筑材料。1909年，世界第一座全金属和玻璃幕墙的大楼建成在密苏里州的堪萨斯城。1952年，皮尔金顿发明了浮制法，让熔化的玻璃在一个制作槽里的液态金属锡表面流动再凝固。这样的玻璃平板即均匀又光滑。现代玻璃生产都釆用这种工艺。

除了在现代生活和生产中的广泛使用，玻璃实现的另一项伟大的革命性技术是光纤通讯。通讯的物理信息是光，载体是细长的玻璃纤维。光纤结构其实简单，只包括内层高折射率的芯和外面低折射率的包层。因为满足了全反射条件，光被束缚在内芯里传播。1965年，高锟指出光纤中光量衰减与杂质有关。提高玻璃介质就可以实现光的长程传输。高锟论证了光纤通讯的可行性。十来年后，光纤通讯成分现实。现在的光纤里会特意掺入铒离子。它的能级差恰好匹配光的波长，可以通过光的谐振放大光功率。当今的光纤通讯的单通道数据传输速率可以达到每秒四千亿比特。传送一部高清电影用不到十分之一秒。

人类的智慧创造出技术，而技术又产生工具。工具又可以延伸人类的感知。当人的裸眼只能看到一万六千光年之外的仙后座恒星时，哈勃望远镜帮我们看到一百多亿光年的深太空。当人的裸眼只能辨别出十分之一毫米的物体时，扫描隧道显微镜可以帮我们看到一个个的原子。随着人类视野的不断扩展，世界的本质也就在人类无穷尽的探索之中逐步打开在人类的面前。

--写于2022年7月7日（图片来自网络）