《科學理解的方法論 10》

孔德談到科學知識必須是有用的，大概指科學的實用性。科學促進了技術的發展，從而改善了人類的生產和生活。純粹的探索世界的科學人員不太會關注科學的實用性。那是工程技術人員關心的問題。但是，技術在科學探索裏具有重要作用。兩者同時伴隨人類的成長。在希臘的國家考古博物館和土耳其的安納托利亞文明史博物館都陳列有古代的玻璃器件。精美程度不亞於天然寶石。人類曆史上發明了青銅和鐵的技術和器件，也發明了諸如陶瓷之類的混和材料。古羅馬人發明了混凝土。中國人在七世紀發明了瓷器。但是就對科學發展的貢獻而言，所有這些都比不上玻璃和玻璃器件。近代西方人用中國來的華麗瓷片裝飾房子牆麵，用華貴瓷器擺設廳堂來炫耀財富和身份。這確實是中國人的驕傲。到了十六世紀，意大利的佛羅倫薩才能夠製造瓷器。相比較，中國基本上沒有玻璃的曆史。本土玻璃的文字記載和遺留實物很少。中西方交流從漢代開始。卻也沒有從西方足夠地接受引進玻璃有關的技術和器物。不能說玻璃在中國曆史上的缺失對中國的科技發展有直接的影響。但是這種對照不免讓人思考。在這裏，我們不妨回顧一下玻璃的發展史。

火山爆發的高溫可以產生一種叫做黑曜石的天然玻璃。黑曜石破裂的殘片有鋒厲的邊棱。石器時代的人類用來作為切割的工具。大約四千多年前，居住在現在伊拉克的兩河流域的古人懂得製作玻璃。現在還能看到古代玻璃散落在新月沃地的兩河流域，敘利亞，和埃及等地。玻璃製作的基本過程就是將其中主要成分的砂子（二氧化矽）加熱熔化，再冷卻凝固。古人會摻入蘇打（碳酸鈉）和石灰（氧化鈣）。蘇打可以將砂子的熔點降到一千攝氏度左右，方便玻璃製作。石灰起到穩定劑的作用。玻璃是一種非晶固體，因為在冷卻過程中，氧和矽原子不斷運動，來不及形成一個長程有序排列的最穩態結構。事實上，玻璃也可以看成半液體。歐洲人在十二世紀開始給羅曼式的和哥特式教堂裝上彩色玻璃。幾百年後，玻璃在引力作用下發生形變，上部變薄，下部變厚了。順帶提一下，隨處可見的砂子也是現代半導體技術基礎晶片的原始材料。

原始的玻璃工藝類似於同期金屬物件製作的鑄製法。因為條件限製，隻能生成小件的玻璃珠和玻璃片。又因為氧化物雜質無法清除，玻璃物件呈現各種顏色，可以用作裝飾品。當年麥哲倫環球航行時，西班牙人隻用玻璃珠和美洲的土著人交易，就能換來足夠的超價值的食物和金銀。後來，兩河流域的古人又發明了一種核成法，在一個硬核表麵燒製玻璃層。這樣就可以製成玻璃容器。玻璃製品就有了廣泛的實用性。再刻意加入氧化物顏料。這樣的玻璃器件極具裝飾性。

到了羅馬統治時期的公元前一世紀，居住在黎巴嫩的腓尼基人發明了吹製法。這是一次技術上的革命，極大地提高了玻璃器件的生產能力。腓尼基人一直堅守技術秘密。玻璃器件仍然普及開來，也更廉價。羅馬人又將浮雕技術用在玻璃上，製作出寶石玻璃，可謂美侖美奐。亞曆山大港成為玻璃製造中心。到了二世紀，羅馬人懂得切刻玻璃，能夠製造足夠大的玻璃塊，用作窗玻璃。這時的玻璃的成色仍然不高，還不夠透明。

到了中世紀後期，玻璃製作又在中歐和北歐的森林地區興起。人們利用木柴燒製的鉀堿替代蘇打。生產原料更普遍實用。當時盛行的煉金術和醫術都要求透明的玻璃器皿。中北歐人在玻璃製作中添加錳元素，用來置換還原玻璃中的鐵離子，讓玻璃變得澄清些。玻璃仍然還有些淡淡的黃綠色。

--寫於2022年7月4日（圖片來自網絡）