玻璃竟然是液體，還惹下這么大禍
水晶大教堂（Crystal Cathedral)是世界上最大的玻璃建筑，位于美國加州橙縣。建筑用料中僅長方形的玻璃板就超過一萬塊。圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_Cathedral
文 | 朱勇（美國南加州生物技術公司Vivoscript科研副總裁）
上初中時我最不喜歡歷史課。上邊老師在講舊石器時代，下面我在偷看“射雕英雄傳”。什么新石器時代，青銅時代，鐵器時代……一個個名詞從我耳邊飄過，卻沒有在腦海里留下多少痕跡。數(shù)年以后，我才領悟到人類的歷史也是材料進化的歷史。特定的材料標志著一個時代，代表著一個文明。
使用何種材料，決定了一個國家或民族的經(jīng)濟實力，文化和命運。當歐洲探險者首次踏上美洲大陸時，發(fā)現(xiàn)可以強取豪奪，為所欲為，因為當?shù)氐挠〉匕踩瞬豢耙粨?。雙方的戰(zhàn)斗力相差如此懸殊，除了歐洲人有槍炮外，還有一個重要的原因是美洲人沒有帶金屬的武器。在他們的文化里，金屬只被用來做裝飾品。別說武器，他們連耕地都還在使用石犁。材料的落后導致他們毫無還手之力。
材料的選擇也決定了一個新興技術的命運。印刷術是我國的四大發(fā)明之一。宋朝的畢升發(fā)明了活字印刷，但該技術傳到歐洲以后，卻變成了古登堡印刷術。古登堡的一個主要改動，就是把畢升的膠泥字模變成了鉛字模。由膠泥到鉛，可以保證每個字模更經(jīng)久耐用，而且大大提高了印刷的質量。經(jīng)古登堡改進的印刷術迅速在歐洲推廣起來，引發(fā)了書本的普及和知識的傳播。
中國一向在材料的發(fā)明和使用上遙遙領先其它國家。瓷，紙，木，竹，合金，絲綢……這也是中華文明在幾千年的人類歷史中遙遙領先的一個重要原因。同歐美國家相比，中國的落后是最近兩百年的事 (更準確地說，是最近兩百年暴露出來的)。為什么會出現(xiàn)“領先數(shù)千年，落后兩百年”的這一局面呢？我認為，一個主要罪魁禍首恰恰是中國對一個材料的長期忽視。那就是玻璃。您不信？有圖有真相：
玻璃在西方生產和應用的歷史。左軸為以公元年代為標記的時間軸，右軸標記了每個時間點所對應的中國歷史朝代。每一事件或發(fā)明的時間均參考wikipedia。
當然，近兩百年歐美的發(fā)展超過中國有各種各樣的復雜原因，但玻璃技術在兩千多年來歐洲地區(qū)的不斷推廣和改進是其中一個主要原因。玻璃制造雖然起源于埃及和希臘，但是羅馬人改進和推廣了這一技術。玻璃不但塑造了歐洲的文化（建筑風格、葡萄酒文化和啤酒文化），更是其近代科學技術的進步的一個必要前提。眼鏡、顯微鏡、望遠鏡、試管、照相機和電燈泡都是以玻璃為主要原料。近代光學、近代化學、現(xiàn)代生物學和醫(yī)學及天文學的誕生也都離不開玻璃的作用。
相比之下，制造玻璃的技術一直在中國停滯不前。雖然早在戰(zhàn)國時期就有玻璃珠，但大規(guī)模的玻璃生產直到清朝才出現(xiàn)。而清朝生產的玻璃主要用來做鼻煙壺，而不是面向窗戶或鏡子等實用市場。玻璃技術在中國古代沒有真正建立起來，這不能不說是一個歷史的遺憾。在今天流行的眾多穿越小說中，從當代穿越到中國各個朝代的主人公們，用來發(fā)財致富而引進跨時代的物件很多也都與玻璃有關：玻璃工藝品、鏡子、望遠鏡和顯微鏡等。
現(xiàn)代化學之父拉瓦錫和夫人（1788年）。我們不僅要關注拉瓦錫的美麗夫人，還要把更多目光投向他周圍的玻璃實驗器皿。
玻璃的生產和使用在西方雖然源遠流長，但其生產技術的成熟、普及和成本的大幅下跌發(fā)生在16世紀，和文藝復興時代重合。而玻璃的全面應用恰好發(fā)生在1600年以后。哈佛教授Niall Ferguson提出西方文明在近代的崛起是建立在六大理念基礎上，而其中兩個和玻璃有關：科學和現(xiàn)代醫(yī)學。（他書中提出的另外四個理念分別為：競爭、法治、消費主義和職業(yè)道德。）
究竟是什么原因讓我們的祖先們穿不破玻璃天花板？是他們掌握不了關鍵技術嗎？其實與制造瓷相比，制造玻璃的技術壁壘只低不高。二者的制備過程相差不多。造瓷是將粘土捏成容器形狀，加熱到1300℃的高溫，再逐漸冷卻。而制備玻璃是將沙子（主要成分是石英或二氧化硅）加熱到1200℃的高溫，再逐漸冷卻而成。
中國造瓷的秘訣是在東漢時期發(fā)現(xiàn)的。除了粘土外，還加了高嶺土、石英和長石等成分。這樣造出來的瓷光滑潔白，“白如玉、薄如紙、聲如磬”，又不易產生裂紋。中國瓷器名揚天下，被運到歐洲的瓷器被譽為“白色黃金”，成為高貴豪華的象征，而盛產這些精美奢侈品的東方國家也因此被稱為“瓷器”（China）。歐洲人花了上千年才于1708年破譯其中的秘密，開始自己生產瓷器。
歐洲造玻璃也有秘訣。早在羅馬帝國時代，工匠除了用沙子里的石英外，還加了泡堿（碳酸鈉），這樣不用加熱到那么高的溫度也可以造出透明的玻璃。另外，古羅馬人也發(fā)明了吹玻璃技術，因此可以造出各種形狀的玻璃器皿。
一天晚上我開車回家，突然聽到正在播放的有聲圖書里宣稱玻璃其實不是固態(tài)，而是液態(tài)。我的世界觀瞬間轟然坍塌了?；氐郊液?，我拿起一個玻璃杯，又摸又咬，怎么也不相信它是液態(tài)。原來在玻璃制備過程中，沙子的主要成分二氧化硅在高溫的作用下，破壞了原來的晶體結構，在恢復到室溫成為玻璃時，分子之間排列變成松散雜亂，就像液體里分子間的排列一樣。一些年代久遠的歐洲教堂的玻璃上薄下厚，就是因為玻璃在重力的作用下以很緩慢的速度流動而造成的。
咱們再接著回來找玻璃在中國受到冷遇的原因。下面是我的一家之言，純屬推測，沒有什么證據(jù)，就算拋磚引玉吧，歡迎大家砸磚或者砸玉。我認為技術壁壘是可以克服的，而攻克這一壁壘的動力不足才是主要原因。進一步說，玻璃在古代的中國只有有限的市場需求。玻璃的很多用處是在1600年以后如井噴般地被開發(fā)出來，而在此之前生產成本較高，在西方還不能普及到普通家庭。
玻璃在很長的一段時間里主要的用途有三個，一是擺件和玩器，二是器皿，三是富人家或教堂的窗戶。除了第一個用途外，玻璃在歷代中國的市場潛力并不大。玻璃的酒杯或花瓶，與瓷器相比較，無論是從成本上講還是從美觀上看，并沒有什么優(yōu)勢。瓷杯比玻璃杯更適合中國的茶文化和白酒文化。當然，反過來也成立：玻璃杯比瓷器更適合西方的葡萄酒文化和啤酒文化。
而用玻璃做窗則和中國文化有一定的沖突。中國文化講究的是底蘊和內涵，含蓄和朦朧。中國人不喜歡透明和直白。一眼看到底，沒遮沒攔的，那就太沒有層次了。很多事情都是心照不宣，隔層窗戶紙，雖然一捅就破。但真的捅破了就大煞風景。
具體落實到建筑上，中西的風格大相徑庭。西方崇尚玻璃洋樓，周圍綠草茵茵，門前的大氣花園和玻璃窗里的鋼琴可以讓所有的路人看見。而中國建筑講究內斂，門臉要氣派，但不能過了。就連王府四合院的門口也頂多擺倆石獅子，再鋪張就算逾制了。而象內花園之類的好東西要藏起來，不能輕易給外人看。窗戶用紙糊或用紗蒙，用料既便宜，又符合了中國的建筑文化。屋里人無論在做什么，屋外都無法瞧個透兒亮。再說了，紗窗、紙窗所帶來的文學意境可是玻璃窗無法達到的。您想想，無論是“別愁深夜雨，孤影小窗燈”還是“何當共剪西窗燭，卻話巴山夜雨時”中，如果把紙窗變成玻璃窗，是不是意境遜色不少？
沒有玻璃反過來對中國建筑也有著深遠的影響。我們看重采光，是因為傳統(tǒng)的紙窗擋住了太多的陽光。沒有只擋風沙不擋陽光的玻璃窗，中國的建筑要“坐北朝南”，門窗朝南，這樣日照時間長，北側背面不設大的門窗，可以避開北方風沙。
也許由于文化的沖突，也許因為瓷的統(tǒng)治地位，也許還有其它原因，玻璃在現(xiàn)代歷史之前沒有在中國推廣。而在西方，經(jīng)過數(shù)世紀的技術潛伏期，玻璃終于在各個領域大放異彩，成為近代西方在科技和國力上超過中國的主要原因之一。
記得大學期間看過一個電影“古今大戰(zhàn)秦俑情”，由張藝謀和鞏俐主演。影片前半段講的是一個發(fā)生在秦朝的凄美動人的愛情故事，而后半段跨越到民國時代，風格變得滑稽搞笑。由張藝謀扮演的秦朝大將軍蒙天放被做成兵馬俑守護秦陵，在民國時蘇醒過來，進入了一個陌生的世界，鬧出了很多笑話。
影片中令全場觀眾哄然大笑的三個片段竟然都跟玻璃有關。片段1：穿越后的他用手指蘸蘸吐沫，沾濕玻璃窗，用勁捅卻捅不破，還把手弄疼了。片段2：蒙天放依舊穿著秦朝的衣服，卻帶著一副太陽鏡。在跟對手激烈廝殺一擊得手后，擺出很酷的一個造型，并用單掌向上一推從鼻梁滑落的墨鏡。片段3：蒙在室內為了掩蔽自己的行蹤，對著桌上的臺燈使勁兒一吹。燈光依舊，他滿臉迷惑。
也許蒙大將軍沒有意識到，從兩千年的混混沌沌中醒來，他已跨入了玻璃時代。
參考文獻：
1.Stearns PN: A Brief History of the World. In: The Great Courses. The Teaching Company; 2007.
2.尚剛: 中國玻璃三千年. In: 裝飾.www.izhsh.com.cn;2011.
3.Ferguson N: Civilization: The West and the Rest:Penguin Books; 2012.
4.Miodownik M: Staff Matters: Exploring the MarvelousMaterials that Shape Our Man-made World: Houghtoon Mifflin Harcourt; 2014.
5.Hazen RM: The Joy of Science. In: The Great Courses. The Teaching Company;2001.
