本專欄是材料學科著名的入門科普讀物——《迷人的材料》的精華提煉，作者將原書18萬字閱讀多遍并濃縮至9千字，每節介紹一種材料和它背后的故事，共10節，適合中國讀者閱讀習慣，可節約大量時間，幫助您快速理解材料科學概念。
如果你抓起一把沙子放在顯微鏡下仔細看看，你就會發現，絕大多數沙礫就是一塊塊的晶體——“石英”，石英就是“二氧化硅結晶”，所以就不奇怪為什么我們說地球上最多的元素，除了氧就是硅了吧。
顯微鏡下的沙粒
像冰晶這樣的晶體，加熱到一個臨界溫度（對于水來說就是0度）就會“化”成水，再冷卻到這個溫度就會結成冰，這是再正常不過的事兒了。
然而對于二氧化硅卻不是這樣！
液態的二氧化硅冷卻時，很難再形成結晶，感覺就像是二氧化硅忘記了怎么結晶一樣；而且在冷卻的過程中，流體越來越粘，原子越來越難以移動，更別說回到晶體要求的位置了；最后的結果就是——
形成了具有液態結構的二氧化硅固體——玻璃。
既然成分一樣，那我們把沙子加熱就是玻璃了么？是不是以前的人就是這樣做玻璃的？
其實沒有這么簡單啦。
如果把沙子熔化，你確實會得到半透明的黏稠液體，冷卻以后也會形成類似于玻璃狀的形態，但是幾乎都會含有大量未能熔化的沙粒，外觀就如同棕色的鱗片，而且很快瓦解掉再次變為沙粒。
不然的話，地球上就到處都是“玻璃地”了。
那么，為什么不行呢?
一是因為礦物成分還是不對，含有雜質，是做不成好玻璃的；第二，即使成分正確，還有一個問題，就是溫度，正常需要保持在1200度左右，而一般的火焰也才七八百度左右。
這樣的高溫，古代人怎么得到呢？
羅馬人在真正意義上創造并應用了玻璃，其中的關鍵在于他們發現了“助熔劑”的妙用。
他們使用的助熔劑是“泡堿”，是一種天然碳酸鈉，它的存在使得熔化純石英的溫度低了很多。
正是這種方法的誕生，幫助羅馬人大量地生產了透明玻璃，羅馬人也是最擅長在建筑中使用玻璃窗的民族。
羅馬人最喜歡五顏六色的玻璃窗
玻璃工藝不止于此，羅馬人發現固態玻璃只要加熱到一定程度，就會非常容易塑形，用鐵鉗夾著就能拉出各種形狀，甚至能在玻璃紅熱時吹氣進去，所以羅馬人實現了精致的薄壁酒杯的制造技術。
玻璃杯發明以前，酒杯都是金屬/獸角或陶瓷制造的，欣賞美酒完全是靠味覺，而玻璃酒杯發明以后，酒的色澤/透明度/亮度也變得重要起來，你看得到自己喝的是什么，這是當時的一大進步。
在羅馬帝國瓦解之時，中國人的材料技術仍然遠遠領先西方世界足足一千年，我們在紙張/木材/陶瓷/金屬的發展上都是世界第一，卻獨獨忽略了玻璃，這是中國人科技史上最大的遺憾。
沒有玻璃技術，就未能發明望遠鏡和顯微鏡，使得在光科學方面有著巨大的欠缺；進一步的，沒有望遠鏡，也就限制了天文學和航海活動；沒有顯微鏡也就無緣微觀世界，更不可能進入現代醫學的殿堂。
沒有玻璃技術，甚至連化學也難以發展，因為化學實驗室特別依賴這種化學惰性而又透明的容器，化學在玻璃容器的幫助下，可謂是改頭換面，成為一套系統的學科。
所以可以說，中國人的科技樹上，奇怪地少了一環，與后來的落后恐怕也有不小的關系。
先不看下面的文章，我們是否能夠解釋玻璃透光的原理呢，一旦這樣提問，我們多數人也很難做一個“完美的解釋”。
物質都是由分子原子構成的，而我們知道，分子原子中絕大多數位置的空間都是“空空如也”的，只有幾顆非常小的“電子”孤零零地漂泊著，難道光從這個空間縫隙中穿過了么？
如果真是這樣，那么問題應該變成——
為什么不是任何物質都是透明的呢？
其實，這里需要使用量子力學的觀點進行解釋了，當光子打到普通物質上時，電子會把能量吸收，躍遷（升級）到更高的層級上，其實就是把光子給吸收了。
而玻璃中的量子排列與眾不同，常見的可見光光子的能量無法讓玻璃中的電子“升級”，于是光子就直接穿過去了。這就是玻璃透明的原因了。
有人問，能量不夠的話，多一些光子，能量強一些呢？這里就是量子力學的原理了，光子的能量必須是特定的值，這稱為“量子化”，不夠就是不夠。
那這么說，提高單個光子的能量，就穿不過去了唄！
對，正是這樣。比如紫外光光子，它的能量就比可見光大，所以就無法穿過玻璃，所以對人來說玻璃是可以防曬的，玻璃對于紫外線來說是不透明的。
