由中國科學(xué)社于1933年8月創(chuàng)刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W(xué)畫報(bào)》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學(xué)技術(shù)的特點(diǎn),對提高廣大群眾的科學(xué)水平,啟發(fā)青年愛好科學(xué)、投身科學(xué)事業(yè)起了很大的作用,當(dāng)今的不少著名學(xué)者、教授、科學(xué)家,青少年時(shí)代都曾受到它的熏陶和啟發(fā)。
人類制造玻璃始于5000多年前??脊抛C據(jù)表明,在公元前3000年的埃及和美索不達(dá)米亞地區(qū),人們已經(jīng)用玻璃制作一些護(hù)身符、小珠子之類的小型手工藝品。
到了公元前1500年前后,人們制作玻璃的技藝日臻成熟,那時(shí)出現(xiàn)了人類歷史上第一個(gè)玻璃容器。古埃及人還掌握了給玻璃上色的技術(shù)。他們知道,向玻璃中加入銅粉末可以制成紅玻璃,加入鈷粉末可以制成藍(lán)玻璃,加入錫粉末可以制成白玻璃……這些帶有顏色的玻璃被一些壞心眼的商人用來冒充珠寶,蒙騙了不少人。
公元前1世紀(jì),敘利亞人發(fā)明了吹制玻璃的工藝。有了這項(xiàng)技術(shù),制造玻璃開始變得簡單、快捷又便宜。從那以后,玻璃產(chǎn)業(yè)在羅馬帝國蓬勃發(fā)展,并且迅速傳播到羅馬帝國統(tǒng)治之下的其他國家。
公元1世紀(jì)前后,羅馬人發(fā)現(xiàn),向玻璃中加入適量二氧化錳可以制備無色玻璃,于是,他們開始將玻璃做成窗戶,安裝在建筑物上。盡管那時(shí)的玻璃的光學(xué)性能很差,但是玻璃窗仍然是羅馬、龐貝等地的建筑“標(biāo)配”。
公元8世紀(jì),威尼斯集中了一大批玻璃工人,成為當(dāng)時(shí)的玻璃制造中心。后來,隨著科學(xué)和藝術(shù)的進(jìn)步,人們“玩”出了更多花樣,例如在玻璃上染上顏料,繪制彩色的圖案。我們現(xiàn)在看到的很多教堂都有彩繪的玻璃窗,就是那時(shí)留下來的建筑風(fēng)格。
15世紀(jì)中葉,一位威尼斯的玻璃工人發(fā)明了一種超級透明的新型玻璃。很快,這種新型玻璃被用來制作望遠(yuǎn)鏡、溫度計(jì)、燒瓶、顯微鏡等科學(xué)儀器,進(jìn)而促成了很多重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
18世紀(jì)前后,歐洲的玻璃制造中心從威尼斯轉(zhuǎn)移到了英國,當(dāng)時(shí),英國玻璃廠的產(chǎn)量很高。有段時(shí)間,英國政府還會基于每個(gè)房屋的窗戶數(shù)目來征稅,理由是富裕的家庭會安裝更多窗戶,當(dāng)然應(yīng)該多繳稅,不過“上有政策下有對策”,許多家庭為了躲避繳稅,索性把窗戶堵住了——這個(gè)故事說明,在當(dāng)時(shí)的英國,玻璃的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍了。
工業(yè)革命以來,鋼鐵和玻璃成為現(xiàn)代建筑的重要建材。1851年,英國建造了一座“水晶宮”,它只用到了鋼鐵和玻璃兩種材料,這座奇跡般的建筑也是倫敦首屆世博會的展示館。20世紀(jì)50年代,一位德國建筑師創(chuàng)新性地在大樓外立面覆蓋一層玻璃,讓建筑的外觀呈現(xiàn)出以往沒有的面貌。這一創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)之所以能成功,一方面是因?yàn)楝F(xiàn)代建筑的內(nèi)部有了鋼筋框架,外立面不需要承受整幢樓的重量;另一方面也因?yàn)椴AУ膹?qiáng)度變得更高了。所以我們現(xiàn)在看到的很多摩天大樓都擁有玻璃的外立面。
如今,科學(xué)家和工程師開發(fā)出多種各樣的玻璃,它們在許多領(lǐng)域都有重要的用途。例如,有一種玻璃能快速傳輸網(wǎng)絡(luò)信息,這就是光纜,光纜里面填滿了數(shù)以千計(jì)的、頭發(fā)絲那么細(xì)的玻璃,通信信號在其中以光的形式穿梭,將信息快速傳輸?shù)绞澜绺鞯亍?/p>
玻璃的主要成分是二氧化硅,也就是石英,這是地球上最常見的礦物之一。隨處可見的沙子其實(shí)就是石英的小顆粒。把石英加熱到1400℃,它就會熔化,進(jìn)而變軟,變成一攤透明的、粘稠的液體——接下來就是冷卻成型,之后,制作玻璃就算是大功告成了。
以原子尺度來看,二氧化硅是由硅原子和氧原子組成的,而且它們在石英內(nèi)部是有序排列的。打個(gè)比方,就好比一群硅原子和氧原子整整齊齊地排列起來,形成了一個(gè)有著特定排列規(guī)則的“隊(duì)列”,整個(gè)“隊(duì)列”就是石英顆粒。像這種由大量微觀物質(zhì)單位(如原子、離子等)按一定規(guī)則有序排列的結(jié)構(gòu),叫作晶體。
石英熔化之后,其內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)就被破壞了,或者說,原來的“隊(duì)列”被打亂了,硅原子和氧原子開始自由“跑動”,使得石英從固態(tài)變成了液態(tài)。當(dāng)然,如果液態(tài)石英能迅速冷卻,晶體結(jié)構(gòu)還會重新形成,就好比隨意“跑動”的硅原子和氧原子重新“站”到了“隊(duì)列”中原來的位置。
但是,如果冷卻的速度過快,以至于硅原子和氧原子來不及回到原來的位置,那么它們就只能被凝結(jié)在當(dāng)下所處的位置。所以說,最終形成的玻璃就像是液態(tài)石英的一張快照。科學(xué)家對這種狀態(tài)的固體有一個(gè)專門的稱謂,叫作 “非晶質(zhì)固體”,意思是說,這種固體不同于晶體,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不存在有序的排列規(guī)則。
我們不可能從玻璃當(dāng)中徑直穿過去,但是我們的視線能透過玻璃看到另一側(cè)的物體,這是為什么呢?
我們能看到物體,是因?yàn)楣獾竭_(dá)這個(gè)物體之后發(fā)生了反射或散射,使得一部分光進(jìn)入我們的眼睛,讓我們看到了物體的形態(tài)、顏色。只有一部分光能被我們的眼睛接收到,其余那些,則被物體吸收或者說截留了。
玻璃里面的原子大多不會截留光,幾乎所有到達(dá)玻璃的光都能被眼睛接收(玻璃能截留紫外光,只不過我們的眼睛本來就看不見紫外光)。另外,玻璃不是晶體金沙集團(tuán)1862cc成色,內(nèi)部沒有晶體結(jié)構(gòu)的邊邊棱棱,也就不會散射光線。所以,當(dāng)光到達(dá)玻璃時(shí),它會筆直地穿過,不會改變方向。
不過,如果一塊玻璃的某些地方稍微厚一點(diǎn),那么光的傳播路徑會隨之彎折,這就是棱鏡的工作原理。
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