从一块玻璃看无限的物理世界

汪卫华

只要留心观察，你会发现，生活中处处都涉及物理学知识：力学、光学、电学、热学……每一项物理学知识及其应用都经历了漫长的探索与更新，不断改变人类生活，促使人类文明进步。

例如一块玻璃。你能想象到，它从新石器时代就开始了自己的使命吗？智人（现存所有人类以及更新世晚期化石人的种名，也是已知人属中唯一现存的人种）发现并利用了玻璃质的材料，他们利用源自火山的黑曜石做成切割石刃，打磨精美的手斧。

科学研究发现，公元前1341年的古埃及法老图坦卡蒙胸前佩戴的圣甲虫形珠宝饰物中使用的玻璃材质，竟然是3000万年以前发生在现今利比亚沙漠上空的陨石撞击形成的。

玻璃来源于沙子，二氧化硅是其主要成分。高温熔化后，二氧化硅可以像蜂蜜一样流动；冷却凝固后，又可以像钢铁一样坚硬。人类早在2000多年前就制备出玻璃，也就是说，不用通过火山喷发或陨石撞击也能得到玻璃。

后来，人类还发明了玻璃吹塑技术，即可以通过吹管对玻璃熔体进行各种塑造。吹玻璃成为人类醉心的工艺之一：用一根铁吹管挑起一团熔化的膏状玻璃，然后朝管子里吹气，玻璃熔体内部就产生了气泡，气泡越来越大，通过对气泡的控制，可以得到各种复杂形状的玻璃器具。

從公元前300年的叙利亚，到中世纪的意大利，再到文艺复兴时期的整个欧洲，玻璃给人们带来了生活的喜悦、便利、福祉以及创作的灵感：平板玻璃窗能接纳阳光、抵挡风寒；眼镜能弥补人类视力的衰退，延长人的创造力；玻璃镜使人类能清晰地审视和欣赏自己，从而改变了人关于自我和世界的认识，也促进了艺术（如绘画透视技术）的发展；依赖于高质量透明玻璃材料的望远镜、显微镜、三棱镜、玻璃器皿等是早期科学发展至关重要的科学仪器，给人类更精准的新视野，促成了近代科学的产生，并使科学的路径变得坦荡。可以说，玻璃精致奇特且无与伦比的造型成了人类文明的瑰宝。

然而，玻璃的使命并未止步于此，物理学家认为玻璃中潜藏着科学奥秘，背后隐含着亟待探索的物理世界。就原子、分子层面看，它的构成是无序的，在高达1700摄氏度的温度中，分子运动异常激烈；温度降低时，则逐渐凝结不动。“玻璃态物质的本质是什么”成为最具挑战性的科学问题之一。

英国诗人乔治·赫伯特的诗句写道：倘若他能看透玻璃，他定能窥见自然的秘密！一块随处可见的玻璃，能折射出物理世界的无限，永无止境的研究正期待着你们的加入！本期，《知识就是力量》杂志将带领大家走进物理，“判天地之美，析万物之理”，领略无穷的科学奥妙！