Thủy tinh: Chất liệu tạo nên hình dáng con người nhưng cũng là chất liệu tạo nên hình dáng con người

Thủy tinh có lẽ là vật liệu bị bỏ qua nhiều nhất trong lịch sử. Nó rất cần thiết cho cuộc sống của chúng ta, thậm chí còn quan trọng hơn cả nhựa. Đối với tôi, một thế giới không có kính thậm chí còn khó tưởng tượng hơn cả sao Hỏa đang biến hình (điều mà hầu hết các nhà khoa học đều đồng ý là thực tế là không thể). Nếu không có điều kỳ diệu này ở xung quanh chúng ta, bạn sẽ không thể sử dụng điện thoại màn hình cảm ứng, bật đèn thủy tinh, nhìn từ cửa sổ, đeo kính hoặc thưởng thức đồ uống từ chai thủy tinh trên bàn cạnh giường ngủ. Bạn sẽ không thể nhận email, cuộc gọi điện thoại hoặc truy cập Internet.

Trong một bài báo trên tờ Atlantic, thủy tinh được gọi là “vật liệu quan trọng nhất của nhân loại”. Douglas Main viết: “Để kết nối bạn và tôi, những từ này được mã hóa thành tín hiệu quang truyền với tốc độ 300.000 km/giây thông qua cáp quang,” xuyên qua các ngọn núi, dưới nước, xuyên qua các thành phố và quốc gia, và xuyên qua các ngọn núi. toàn cầu. Thủy tinh bên trong những sợi cáp này mỏng hơn sợi tóc người và “trong suốt gấp 30 lần so với nước tinh khiết nhất”. Kính cho phép chúng ta nhìn và được nhìn, nghe và được nghe, thắp sáng căn phòng, cuộc sống và suy nghĩ của chúng ta.

Từ quan điểm nhiệt động lực học, thủy tinh có xu hướng biến thành chất rắn.

Nhưng thủy tinh là một vật liệu thú vị, một phần vì bản thân từ này là một thuật ngữ chung, không đề cập đến một chất có tỷ lệ hóa học cụ thể mà là một chất có đặc điểm cấu trúc cụ thể có thể được tạo ra từ "các công thức vô tận". Tuy nhiên, khi nói về "thủy tinh", chúng ta hiểu nó như một thứ gì đó rất cụ thể: nó là một vật liệu cứng và giòn, nhưng với đủ nhiệt, nó có thể trở nên nhớt và lỏng. Đôi khi thủy tinh bị hiểu nhầm là chất lỏng vì nó sẽ bò (mặc dù rất chậm) ngay cả ở trạng thái nguội. Thủy tinh không giống chất rắn như đá vì các phân tử của nó không được tổ chức tốt như bất kỳ tinh thể nào. Kim cương có cấu trúc tinh thể rất đều đặn, cũng như nước đá và mật ong kết tinh, nhưng thủy tinh thì không. Mặc dù thủy tinh rắn chắc và đáng tin cậy hơn băng nhưng ở cấp độ phân tử, sự sắp xếp của các phân tử thủy tinh kém trật tự hơn nhiều.

Trong khoa học vật liệu, thủy tinh thường được coi là “chất rắn vô định hình”. John C. Mauro nói nó không phải là chất lỏng cũng không phải chất rắn.

Mauro, một nhà phát minh trước đây, hiện là giáo sư khoa học kỹ thuật và vật liệu tại Đại học bang Pennsylvania. Anh ấy bị mê hoặc bởi thủy tinh kể từ khi đến thăm Bảo tàng Thủy tinh Corning ở New York vào năm 6 tuổi. Anh ấy nhớ lại mình đã bị “mê hoặc” bởi màu sắc và hình dạng. Ngày nay, anh ấy biết nhiều về chức năng của thủy tinh hơn hầu hết mọi người, nhưng anh ấy vẫn sợ hãi về chất liệu này. Ông nói: “Thủy tinh là một thứ độc đáo. "Nó phá vỡ khuôn mẫu."

Hãy cẩn thận: Vật liệu có vẻ tầm thường và trơ mà chúng ta gọi là thủy tinh này thực ra lại là một bí mật. Ở cấp độ phân tử, thủy tinh giống chất lỏng hơn, nhưng từ quan điểm nhiệt động lực học, thủy tinh có xu hướng biến thành chất rắn.

Giáo sư Mauro giải thích từ quan điểm nhiệt động lực học, thủy tinh có xu hướng trở nên rắn chắc. Ở cấp độ phân tử, thủy tinh hoạt động giống chất lỏng nhớt hơn là chất rắn, nhưng chúng ta nghĩ nó là chất rắn vì các phân tử thủy tinh chuyển động rất chậm. Mauro nói: “Về mặt triết học, chiếc kính mà chúng tôi đang nhìn thấy rất thú vị. "Khi chúng ta nhìn vào các chất khác, chúng ta tìm hiểu về thủy tinh." Tuy nhiên, ngay trước mũi chúng ta, có một điều kỳ diệu về mặt khoa học - một chất hoạt động theo một cách hấp dẫn và độc đáo, thách thức sự phân loại dễ dàng. Nó tạo nên thấu kính, kính hiển vi, kính thiên văn, màn hình và kính đeo mắt của chúng ta. Kính cho phép chúng ta nhìn thế giới rõ ràng hơn nhưng hiếm khi chúng ta thực sự chú ý đến nó.

Chính hành vi ẩn giấu dưới kính hiển vi này của thủy tinh đã khiến thủy tinh trở thành một vật chứa đựng vẻ đẹp kỳ lạ, đi ngược lại với mọi điều chúng ta được dạy khi còn nhỏ về trạng thái của vật chất. Điều chúng ta thường tiếp xúc là vật chất có ba trạng thái: rắn, lỏng và khí. Đây không phải là điều bất thường trong bất kỳ trí tưởng tượng huyền ảo nào. Tuy nhiên, kính là đặc biệt.

Thủy tinh chủ yếu là một chất do con người tạo ra.

Trong khi một số thủy tinh tự nhiên tồn tại trong tự nhiên, chẳng hạn như đá đen và bột talc, thì phần lớn thủy tinh được con người nung ở nhiệt độ cao. Theo những gì chúng ta biết, nguồn gốc của thủy tinh bắt nguồn từ thời kỳ đồ đồng của Lưỡng Hà. Khoảng 4.000 năm trước, con người bắt đầu nấu chảy silica (cát hoặc đá dăm) và trộn nó với một lượng nhỏ đá vôi và tro soda. Theo Pliny, việc phát minh ra thủy tinh là một tai nạn đáng mừng: nhà sử học La Mã cho rằng thủy tinh đã vô tình được các thủy thủ Phoenician mua được trong một chuyến dã ngoại trên bãi biển, nhưng vì vào thời điểm đó không có ngọn lửa nào có khả năng đạt đến nhiệt độ đủ cao để tan chảy. cát, quan điểm này là đáng nghi ngờ. Các nhà sử học đương đại tin rằng thủy tinh có thể đã được phát hiện trong quá trình chế tạo đồ gốm hoặc gia công kim loại. Hai quy trình này yêu cầu nhiệt độ nung cao hơn và thời gian nung lâu hơn so với nướng bánh mì hoặc chân cừu nướng.

Trong số tất cả những người chơi trong thế giới vật chất, thủy tinh là một bàn tay ma thuật.

Những mảnh thủy tinh lâu đời nhất được biết đến có cách sử dụng và chế biến tương tự như đá quý, thường lạnh hơn là nóng và được cắt thay vì nấu chảy. Các nghệ nhân cắt và đánh bóng thủy tinh rồi đính vào đồ trang sức. Vào một thời điểm nào đó, tổ tiên xa xưa của chúng ta đã khám phá ra cách đúc thủy tinh vào khuôn để sản xuất đồ dùng. Trước khi nghệ thuật thổi thủy tinh trở nên phổ biến, những người thợ thủ công đã có thể làm ra những viên gạch thủy tinh, những chiếc gương nhỏ và nhiều loại bình khác nhau có thể dùng để đựng rượu, nước hoa, thuốc men và những chất có giá trị khác.

Vào khoảng năm đầu tiên của Công nguyên, nhờ sự thúc đẩy của người La Mã và quy trình sản xuất nghiêm ngặt của họ, thủy tinh đã đạt được thành công lớn. Thổi thủy tinh (một kỹ thuật được mang đến Rome từ Syria) cho phép các nghệ nhân (thường là nô lệ) làm ra cốc và bát thủy tinh nhanh hơn nhiều so với trước đây. Kính giá rẻ bắt đầu xuất hiện trên thị trường. Chẳng bao lâu sau, sự phổ biến của thủy tinh đối với người dân La Mã bình thường đã sánh ngang với gốm sứ. Các nghệ sĩ bắt đầu thử nghiệm các loại hình nghệ thuật phong phú hơn bằng thủy tinh, tạo ra những chiếc bình có mặt Rose Janus và những chai rượu được trang trí bằng cảnh Chúa giáng sinh. Các nhà xây dựng bắt đầu sử dụng kính cho Windows, nhưng vì kính có nhiều mây và nặng nên mục đích không chỉ để chiếu sáng mà còn để đảm bảo an toàn và cách nhiệt. Chúng tôi tìm thấy dấu vết của các cửa sổ kính trên khắp Rome và các thành phố lân cận, bao gồm cả gạch lát sang trọng và nhà tắm được bảo quản tốt ở Pompeii.

Nguồn gốc của một loại thủy tinh khác, thấu kính, rất khó tìm ra vì thấu kính xuất hiện một thời gian trước năm đầu tiên của Công Nguyên. Trong thế giới Hồi giáo vào thế kỷ thứ 10, quang học nổi lên như một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, và các nhà toán học cũng như nhà khoa học đã có những bước tiến lớn trong việc tìm hiểu và điều chỉnh ánh sáng. Trong thời kỳ Phục hưng, các triết gia, nhà khoa học và nhà tư tưởng đã sử dụng thấu kính để nhìn thế giới vật chất - các ngôi sao phía trên chúng ta (kính thiên văn được phát minh vào năm 1608) và trái đất bên dưới chúng ta (sau khi kính hiển vi được chế tạo vào năm 1625). Thủy tinh từ lâu đã được coi là vật liệu có khả năng cung cấp ánh sáng theo nghĩa đen, nhưng cần nhớ rằng thủy tinh cũng đặt nền móng cho phần lớn sự khai sáng của chúng ta.

Thời đại Khai Sáng, slide show ra đời. Trình chiếu có thể là một hình thức giải trí đầy kịch tính mà một số người thấy đáng sợ nhưng những người khác lại thấy đầy hy vọng - tùy thuộc vào cách mọi người chọn xem.

Thủy tinh có thể mở rộng tầm nhìn của chúng ta nhưng không nhất thiết làm sâu sắc thêm sự hiểu biết của chúng ta.

Đây sẽ là một bữa tiệc điên rồ và kì lạ. Trong thời gian này, du khách sẽ nhìn thấy những hình ảnh chuyển động của các linh hồn, ác quỷ và những nhân vật đáng sợ khác được chiếu lên tường, màn khói hoặc màn mờ. Màn trình diễn ánh sáng tâm linh này đạt được thông qua sự kết hợp giữa các phát minh cũ và mới, bao gồm đèn ma thuật, kính lúp, ma tiêu và các công cụ thủy tinh khác có thể được sử dụng để điều khiển ánh sáng và hiệu ứng hình ảnh.

Trận trượt lớn đầu tiên diễn ra tại một nhà hát ở Paris vào những năm 1790 sau Cách mạng. Sau khi chờ đợi vài phút trong bóng tối hoàn toàn với nhạc nền kỳ quái của chiếc kèn harmonica thủy tinh, khán giả bắt đầu nhìn thấy nhiều hình dạng khác nhau xuất hiện trên bầu trời, dường như là những họa tiết ánh sáng và bóng tối lơ lửng và lướt trong không khí. Những "con ma" này có nước da nhợt nhạt và sống động như thật, có thể nói chuyện, la hét và khóc. Một trong những “bóng ma” là một nữ tu đang chảy máu, lúc đầu đến gần hơn rồi dần dần rời xa. Các slide sau đó liên quan đến hồn ma của những nhân vật công chúng vừa qua đời, những người được cho là đã được triệu hồi bởi sức mạnh của khoa học. Bởi vì đó là cách những chương trình này được tiếp thị: đó là sự giao thoa giữa khoa học và tôn giáo, đức tin và sự giác ngộ. Chúng thật đáng sợ, nhưng chúng cũng rất vui nhộn.

Chúng tôi cầu xin để được đánh lừa và được giác ngộ. Con người yêu thích một cảnh tượng. Trong số tất cả những người chơi trong thế giới vật chất, tôi nghĩ thủy tinh là pháp sư tối thượng. Mặc dù kính có thể làm bừng sáng căn phòng và cuộc sống nhưng nó cũng có thể bóp méo hiện thực và che giấu sự thật. Giống như nhiếp ảnh có thể phục vụ như một bản ghi lại các sự kiện có thật đồng thời che khuất những sự kiện cơ bản nhất, kính có thể mở rộng tầm nhìn của chúng ta nhưng không nhất thiết phải cải thiện hiểu biết của chúng ta.

Trong cuộc sống hiện đại, hầu hết chúng ta đều dựa vào kính nhiều hơn chúng ta nghĩ: kính không chỉ được sử dụng trong kính chắn gió và Windows mà còn trong các dây cáp quang dưới chân chúng ta, điều này có ý nghĩa rất lớn. Mauro nói trong một cuộc phỏng vấn: “Bây giờ chúng tôi nhìn nhau qua một tấm kính. Nó khiến tôi nhận thức sâu sắc về sự mong manh trong mối liên hệ của chúng tôi. Chúng tôi đã nói chuyện qua Zoom, một phần mềm hội nghị truyền hình trực tuyến từ xa. Mauro nói tiếp: "Không có kính, chúng ta sẽ không có máy tính bảng, điện thoại di động, các loại thiết bị đầu cuối thông tin. Tất cả những thứ này được truyền bằng tín hiệu ánh sáng sử dụng dây thủy tinh siêu mịn mà chúng tôi gọi là sợi quang." Ông nói, nếu không có kính, chúng ta sẽ không thể đánh giá cao kiến ​​trúc hiện đại, ánh sáng nhân tạo, ánh sáng tự nhiên, ô tô và quan trọng nhất là lượng thông tin dồi dào như vậy.

Mauro nhấn mạnh lợi ích của kính. Nó cho phép chúng ta lưu trữ vắc xin, kiểm tra tế bào và ngắm nhìn các vì sao. Nhưng kính, giống như tất cả các công nghệ khác, về cốt lõi là "trung lập", ông lập luận. Ông nói: “Khi tôi nghĩ về cáp quang, tôi nghĩ đến tất cả những điều tốt đẹp mà nó mang lại cho nhiều ứng dụng liên lạc, nhưng nó cũng gây ra rất nhiều tác hại”. Mọi người có thể sử dụng mạng xã hội để "truyền bá dối trá và căm thù".

Chúng ta sử dụng kính để nói lên sự thật của cá nhân mình, nhưng chúng ta cũng có thể sử dụng nó để tạo ra những câu chuyện sai sự thật. Tôi sẽ không thể tiêm chủng nếu không có chai thủy tinh, nhưng chúng ta sẽ không chứng kiến ​​sự lan truyền nhanh chóng của các thuyết âm mưu chống vắc xin nếu không có màn kính trong túi. Nếu không có ống thủy tinh, thợ thổi thủy tinh người Đức Heinrich Geisler sẽ không thể quan sát được tia âm cực, Ernest Rutherford sẽ không thể khám phá ra năng lượng chứa trong hạt nhân nguyên tử, và chúng ta sẽ không có lò phản ứng hạt nhân hay bom nguyên tử. Chúng ta sẽ không biết rằng khi bom nguyên tử phát nổ, nó có sức mạnh biến cát thành thủy tinh, tạo thành những mảnh vỡ hình ngôi sao rải rác khắp nơi và vẫn chưa được khám phá cho đến nhiều thập kỷ sau. Có lẽ niềm tin của chúng ta sẽ không quá bất định, không ổn định.

Mặc dù tôi đồng ý với hầu hết những gì Mauro nói, nhưng tôi không chắc liệu kính có thực sự trung tính hay có thể nói là có công nghệ nào. Tôi nghĩ gọi kính là công nghệ trung tính chỉ là một cách khái quát hóa, giống như chúng ta gọi kính là chất rắn. Và việc đánh giá liệu công nghệ thủy tinh có trung tính hay không còn mơ hồ hơn nhiều so với việc xác định liệu kính có rắn hay không. Công nghệ không trơ. Nó không phải là một hòn đá; Đó là một ngôn ngữ. Cũng giống như một ngôn ngữ, chúng ta phải chấp nhận nhiều cách sử dụng của nó. Chúng ta có thể cầu nguyện; Chúng ta có thể nói dối. Đôi khi, chúng tôi làm cả hai việc cùng một lúc.

Nhưng đây là lịch sử của nhân loại. Việc tạo ra và quảng bá thủy tinh là một chuỗi các sự kiện, từ việc này sang việc khác, và đôi khi những phản ứng dây chuyền này kết thúc bằng thảm họa, đôi khi lại tốt đẹp. Khi bạn nhìn nó từ một góc, tấm kính trông rất đẹp, phản chiếu cầu vồng ánh sáng đã chảy rực rỡ trong nhiều thời gian. Khi bạn nhìn nó từ một góc độ khác, nó thật là khủng khiếp.