关于人工玻璃的起源,传奇性的说法是认为大约公元前5000年叙利亚区域的腓尼基(Phoenician)人率先发现或发明了人工玻璃。在公元77年普利尼(Pliny)记录了这个关于玻璃技术和玻璃是如何被偶然发现的故事:腓尼基水手在航行途中,在沙滩上休息做饭,用泡碱块(制作木乃伊用的碳酸钠)做为锅的支架,在火焰的作用下泡碱块熔化与沙滩上的石英沙熔融成不透明的液体,并在撤去火源后缓慢冷却凝固成玻璃。发现制作玻璃的秘密后,腓尼基人开始制作一些装饰性的物品,甚至添加铜、锰、铁盐等进行着色,仿制成宝石或亚宝石。由于从来没见过这样圆溜溜光闪闪的透亮珠子,人们都把这些玻璃珠看成宝贝,就用黄金或珠宝交换,腓尼基人由此发了大财。
当然这种说法不具可信性,但是值得一提的是玻璃的装饰性用途至今仍极具吸引力。
巴卡拉(Baccarat)公司的珠宝和装饰性物件销售仍占其总业务的24%。
尽管腓尼基人发现玻璃这一传说十分动人,但目前发现的古代玻璃作坊大多位于埃及的马哥塔宫(Magatta palace,公元前1500年)。根据2006年Rehren在尼罗河三角洲做的Qantir Pi-Ramses网络调查,第一个真正意义上的玻璃工厂可追溯到公元前1250年。如图1所示,当时该地区发达的陶瓷和冶金技术,使其能生产出玻璃片和陶锅、陶瓶上的玻璃釉彩等。事实上,由于杂质影响,只有在精选原料和精心熔制的情况下才能得到透明玻璃。玻璃透明的特性在初始阶段并没有引起特别的兴趣,在很久之后才逐渐为人们所重视。这个时期玻璃主要是用于制作陶器釉面、玻璃首饰等。

图1 穆斯林玻璃釉陶器,a)、b)平面图,c)截面图
关于玻璃制作的最早文字记载是亚述巴尼拔(Assurbanipal,公元前668-公元前627年)图书馆的粘土泥板。图2展示的是其中的一块泥板。尽管这些泥板的制作日期是公元前7世纪,但欧朋海姆(Oppenheim)教授基于文献考证,认为它们应源于公元前两千年的最后几个世纪的中亚述时期记录玻璃技术原本的复制品。因此,对这些泥板的解读能将我们带回或者说接近于发现(发明)玻璃的那个年代。由于对这些文字的解读不足,至今仍不能完全理解这些泥板所记载的内容。这也是玻璃历史研究中相当有意义的课题之一。

图2 亚述巴尼拔(Assurbanipal)
图书馆中记载玻璃制作技术的文字泥板之一在此期间,人们又创造了玻璃吹制工艺,可以将粘稠的玻璃熔体随心所欲地吹制成各种形态的器皿,过程如下:如图3a)-e),吹制工手持一条长约1.5米的空心铁管,一端从熔炉中蘸取玻璃熔液(挑料),一端则为吹嘴;挑料后在滚料板上滚勺;吹气,形成玻璃料泡;随着吹气和玻璃泡自身重力作用,玻璃泡进一步成型,这时工人需要小心地控制吹制过程中玻璃泡上的玻璃料分布。当然一般来说,玻璃泡厚度下降快的部分(薄壁部分),温度也会下降得很快,使其比其他部分有着较大的玻璃粘度。这一性质对玻璃吹制工有很大的帮助,它能够自然且有效地防止薄壁部分的玻璃被吹得更薄甚至破裂,进而控制整个玻璃器皿上的厚薄分布。到了公元前1世纪,罗马人发明了模具吹制法,可以制作出各种各样形状不一的玻璃器具。公元200年时,如图3f)-l)所示,开始利用吹制出长玻璃瓶将其顶部和底部剪去得到长的圆柱体,再沿边将圆柱剪开铺在平的石板上在一定温度下退火,就可以得到平板玻璃了。由于人工玻璃吹制不受机器和模具的限制,形态和色彩的自由度极高,因此成品常常有较高的技术鉴赏价值。这套玻璃制作工艺技术至今仍活跃在手工工厂中,由于人工成本较高,通常玻璃产品的价格也相当昂贵。图3所展示的制作过程就是位于德国瓦尔德萨森的朗伯特玻璃工坊(GlashütteLamberts,Waldsassen)当前的工作情形。它是目前德国乃至全球吹制玻璃的领军企业,可以制造超过5000种颜色的玻璃,但其玻璃生产的基本工序从1934年至今几乎没有变化,与古法也并无本质区别。

图3 a) 吹制铁管;b、c) 滚勺;d、e) 吹气,成玻璃料泡;f-g) 玻璃圆筒的剪切与成型加工;i) 玻璃圆筒质量检测,并用玻璃刀刻痕;j、k) 窑炉中展开,并摊平;l) 平板玻璃。(来源:LambertsGlas®)
公元5世纪以后罗马玻璃工艺逐渐衰退,到公元8世纪除了彩色镶嵌玻璃以外,欧洲的玻璃工艺几乎消亡。这段时期中东地区的玻璃工艺技术还在继续发展。叙利亚工匠把银盐注入玻璃溶液,炼出了有金属光泽的玻璃。大马士革、君士坦丁堡和开罗成了公元9至14世纪中东地区的玻璃生产中心。
到公元11世纪,德国发明了手工吹筒法(如图3),就是把玻璃液吹成圆筒型,在玻璃仍热时切开、摊平,形成最初原始的平板玻璃制作方法。 到公元12世纪,随着贸易的发展,威尼斯成为世界玻璃制造业的中心。当时的政府为了垄断玻璃制造技术,把玻璃艺人集中在与威尼斯隔海相望的穆拉诺岛上。威尼斯工匠在公元13世纪继承这种平板玻璃制作技术。从那以后,玻璃开始被用作为建筑物窗玻璃,最典型的代表就是中世纪教堂里的彩色窗玻璃。不过,那个时候玻璃十分昂贵,只有非常有钱的少数人才能用得起。威尼斯玻璃生产的鼎盛时期是15世纪到16世纪,产品几乎独占了整个欧洲市场。16世纪以后,开始有玻璃工匠逃离海岛,分散到欧洲各地,玻璃制造技术也逐渐传播开来。当时, 欧洲玻璃工艺的另一个中心是波西米亚和德国。公元13-15世纪的哥特时代,当地生产一种墨绿色的、被称为“森林玻璃”的器皿,典型作品是一种周身有小凸球的酒杯,下面有高高的圈底,上端有外展的边缘。到公元16世纪,这种酒杯上端边缘向上伸展,形成小碗,这种式样延续至今,被称为“莱茵玻璃酒杯”。
玻璃与科学启蒙因其良好的透明度和化学惰性,玻璃从能吹制成各种透明器具开始,很早就进入了科学发现的历史中。许多科学和医药的新知识获取都直接得益于玻璃技术的发展。在原始的科学实验中,没有任何器具比蒸馏器皿更重要,它不仅可以用于制备炼金术需要的各种酸,还能用于精馏酒精等药剂。在医疗上,医生还使用长颈玻璃瓶验尿,通过尿液的颜色来诊断病情。
从图4可以看到,玻璃器皿在中世纪的炼金术(alchemy)实验中不可或缺。赖特(Joseph Wright)在该幅画作中展示的是,炼金术士在意图制造“贤者之石”(一种可以把普遍金属变成黄金的魔法石)的时候,发现了磷元素。大概经过是:德国汉堡炼金术士布翰特(Henning Brand),在1669年进行蒸馏人尿的实验意于获得贤者之石,但意外地得到一种发着暗绿色光芒的物质。于是,他就以“启明星”(light-bearer)的意思命名这种新发现的物质为“磷”(Phosphorum来源于希腊文)。磷是第十三个被发现的元素。当然,玻璃在科学发现史上的功绩远远不止于此,几乎整个化学史里都可以发现它的身影。

图4 约瑟夫・赖特(Joseph Wright)
1771年画作《锻炼贤者之石的炼金术师》。(来源:Wikipedia, The Alchemist DiscoveringPhosphorus)
玻璃在科学实验中的另一广泛应用是以透镜形式存在的。它的应用直接引领了光学的出现。在两千多年前,人们就发现一些玻璃块可以放大物体或文字便于开展一些精细工作,还可以会聚太阳光引燃干燥物品。由此开始玻璃棱镜的打磨与性能研究工作。
1268年,罗吉尔・培根(Roger Bacon)最早记录了用于光学目的的透镜,与此同时将装入框中的放大镜用于辅助阅读已经在欧洲出现了。世界上第一付眼镜出现在1286年的意大利。眼镜的出现改善和延长了当时学者的观察和阅读能力,不能说对科学发展毫无禆益。
图5 a) 1609年伽俐略向多纳托总督展示望远镜(19世纪的油画);b) 1665年胡克《显微术》一书中的组合显微镜插图);c) 1666年牛顿利用三棱镜进行白光分解实验。
如果说眼镜仅是改善和辅助人类本身的视觉能力,那么显微镜和望远镜的出现则直接超越了人类的视觉极限,发现了微观的生物世界与宏观的宇宙天文。玻璃于此可以说是触发了病菌的认识和现代医学的发展,也开始了天文学和宏观物理的科学研究。在那个科学知识蓬勃的时代,许多重大的实验背后都有透镜和棱镜的身影。正因如此,众多伟大的科学家,如斯宾诺莎、笛卡尔、胡克、惠更斯、牛顿、列文虎克、弗劳恩霍夫等,都是当时最优秀的玻璃磨制者。玻璃透镜与棱镜制作的工具(图5),可以类比为现在科学研究中最尖端的科学仪器。只有掌握了这些先进的科研工具,才能做出相应的科学发现。
毋庸置疑,在17世纪科学研究使用的大部分重要工具中,玻璃都是一个必要成分。恰如诺尔斯・米德尔顿(Knowles Middleton)的评论:“17世纪数十年内发明的六种宝贵科学仪器无疑产生了巨大效应,推进了科学的发展。这些仪器是:望远镜、显微镜、气泵、摆钟、温度计和气压计。它们第一种都使得过去不可想象的实验和测量工作成为现实……。”除摆钟以外,其它五种的主要或关键部件都是玻璃制造的。可见玻璃与科学启蒙有着非同一般的关联。即便将视野放宽到整个人类探索自然奥秘的科学史,玻璃的地位亦然稳固。牛津大学的科学史家罗姆・哈雷(RomHarré)遴选并描述了“二十个改变人类世界观的实验”,其中有12个是显然离不开玻璃仪器的,另外8个也是需要前人用玻璃仪器进行实验所打下的知识基础。
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