從一塊玻璃看無限的物理世界

汪衛華

只要留心觀察，你會發現，生活中處處都涉及物理學知識：力學、光學、電學、熱學……每一項物理學知識及其應用都經歷了漫長的探索與更新，不斷改變人類生活，促使人類文明進步。

例如一塊玻璃。你能想象到，它從新石器時代就開始了自己的使命嗎？智人（現存所有人類以及更新世晚期化石人的種名，也是已知人屬中唯一現存的人種）發現并利用了玻璃質的材料，他們利用源自火山的黑曜石做成切割石刃，打磨精美的手斧。

科學研究發現，公元前1341年的古埃及法老圖坦卡蒙胸前佩戴的圣甲蟲形珠寶飾物中使用的玻璃材質，竟然是3000萬年以前發生在現今利比亞沙漠上空的隕石撞擊形成的。

玻璃來源于沙子，二氧化硅是其主要成分。高溫熔化后，二氧化硅可以像蜂蜜一樣流動；冷卻凝固后，又可以像鋼鐵一樣堅硬。人類早在2000多年前就制備出玻璃，也就是說，不用通過火山噴發或隕石撞擊也能得到玻璃。

后來，人類還發明了玻璃吹塑技術，即可以通過吹管對玻璃熔體進行各種塑造。吹玻璃成為人類醉心的工藝之一：用一根鐵吹管挑起一團熔化的膏狀玻璃，然后朝管子里吹氣，玻璃熔體內部就產生了氣泡，氣泡越來越大，通過對氣泡的控制，可以得到各種復雜形狀的玻璃器具。

從公元前300年的敘利亞，到中世紀的意大利，再到文藝復興時期的整個歐洲，玻璃給人們帶來了生活的喜悅、便利、福祉以及創作的靈感：平板玻璃窗能接納陽光、抵擋風寒；眼鏡能彌補人類視力的衰退，延長人的創造力；玻璃鏡使人類能清晰地審視和欣賞自己，從而改變了人關于自我和世界的認識，也促進了藝術（如繪畫透視技術）的發展；依賴于高質量透明玻璃材料的望遠鏡、顯微鏡、三棱鏡、玻璃器皿等是早期科學發展至關重要的科學儀器，給人類更精準的新視野，促成了近代科學的產生，并使科學的路徑變得坦蕩。可以說，玻璃精致奇特且無與倫比的造型成了人類文明的瑰寶。

然而，玻璃的使命并未止步于此，物理學家認為玻璃中潛藏著科學奧秘，背后隱含著亟待探索的物理世界。就原子、分子層面看，它的構成是無序的，在高達1700攝氏度的溫度中，分子運動異常激烈；溫度降低時，則逐漸凝結不動。“玻璃態物質的本質是什么”成為最具挑戰性的科學問題之一。

英國詩人喬治·赫伯特的詩句寫道：倘若他能看透玻璃，他定能窺見自然的秘密！一塊隨處可見的玻璃，能折射出物理世界的無限，永無止境的研究正期待著你們的加入！本期，《知識就是力量》雜志將帶領大家走進物理，“判天地之美，析萬物之理”，領略無窮的科學奧妙！