在这个陶罐里，诞生了人类最神奇的玻璃
地球是一个奇迹
在一个清冷的三月午后，秋叶和彦与同事站在株式会社千叶光学玻璃厂的院子里，准备展示他们的最新作品。
一辆叉车推来一只足有浴缸大小的巨大陶罐，放置在他们面前。
他们穿上天蓝色的企业制服，戴上护目镜和安全手套。然后每人拿起一把大锤，举过头顶，用力砸向陶罐外沿。
在他们的重击下，厚厚的陶瓷应声而碎，露出里面的珍宝：一种坚硬发光的物质，在午后的阳光下闪亮。它散发着淡蓝色的光芒，好似北极之冰。
薄如纸片的玻璃展示了康宁公司可弯曲玻璃的柔韧性：这一创新技术可用于生产手机折叠屏和曲面汽车车窗。
高速频闪闪光捕捉到一块顶针大小的玻璃与聚合物一起生长时的回弹。这种“弹性生物玻璃”由伦敦帝国理工学院开发，目前正在测试中，以帮助软骨再生。
社长秋叶退后一步，啧啧赞叹。“真漂亮。”他说。这是最新一批被称作E6的世界上最纯净的光学玻璃。
千叶光学位于东京东部，周围都是花生农场，用手工陶罐制作玻璃已有50多年的历史。
这项技法可追溯到19世纪早期，瑞士透镜制造商皮埃尔·路易·吉南首创用陶瓷搅拌器混合熔融玻璃的方法，如此生产的产品不含气泡和杂质，是光学仪器的理想选择。
1965年，日本大原玻璃公司用自产的混合剂改良了这一工艺，开发出号称“低膨胀玻璃”的E6。这种玻璃目前只在千叶光学为大原公司量身定制。
一个容量约800升的陶罐的制作大约需要四个月的时间。首先，必须手工雕刻粘土容器。
然后，工人将二氧化硅、氧化硼、氧化铝和其他材料的混合物倒入罐中，并将罐子加热到1500°C。在熔化过程中，需定时搅拌熔融的玻璃，持续两天以上，然后将罐子放入温控室中冷却两周。
打破陶罐会去除最外层的玻璃，留下的纯净物质可以重新熔化，打造出精准的造型，即使在极端温度下也保持不变——即其名字中“低膨胀”的由来。在为大型望远镜制造透镜时，这种稳定性至关重要。
这种让天文学家窥探太空深处的昂贵仪器的市场是有限的，因此在过去42年中生产的所有E6都提供给了一个买家。
多达122吨的庞大产量只为一个项目——如果这个项目取得成功，将改变我们对宇宙的看法。
康宁公司的技术人员在石英玻璃柱体上标记需要切割的部分。这种材料的纯度和强度使其成为高级透镜、分光镜和其他光学设备以及航天器和潜水艇窗户的理想用料。
偏振镜下的玻璃管。它将被熔化，制成鱼线粗细的光纤。彩色直线显示玻璃毫无瑕疵，不会阻碍光脉冲通过传输数据。
E6只是玻璃以崭新的形式探索一系列前沿领域的一个案例。
实际上，在过去50年间玻璃的技术和工业发展远超之前的一千年，这促使联合国在2022年将玻璃认定为100%可回收建筑材料，最有可能帮助各国在2030年之前实现可持续发展的目标。
简而言之，我们已经进入一个全新的玻璃时代，科学家们将利用这种古老的材料从根本上改善我们的生活。
在工厂里，秋叶叮嘱我不要触碰刚刚曝露出来的玻璃，因为在它的表面布满了细小尖利的碎片。
随着夕阳西下，这块巨大玻璃的色彩不断变化，黄宝石、蓝宝石和白银般的光泽交相辉映。
我目不转睛地看着五彩斑斓变幻莫测，这块超凡脱俗的材料闪闪发光，仿佛有金色的星星悬浮其间。
网络上盛行着一类视频，展示蹒跚学步的幼儿配戴第一副眼镜的瞬间。
在每段视频中，孩子们从哇哇大哭或困惑不解到惊愕不已、目瞪口呆，因为他们生平第一次能清楚地看到父母。
这就是八岁的我戴上第一副眼镜穿过开市客（Costco）超市时的感受，我惊讶地注视着商店里泾渭分明的过道。
这一切都要归功于 700多年前开发的一项技术，从那以后，几十亿人获益。
配戴眼镜早已成为现代生活中司空见惯的一部分，以至于我们几乎忘记了光学镜片的发明对人类文明的影响。
而玻璃深刻改变人类生活的方式大都如此。设想没有瓶子和烤盘、镜子和窗户、灯泡和电视的生活。
如果你正在通过手机阅读这篇报道，只需轻点一下玻璃屏幕，这些文字就会通过玻璃光缆传输的数据跳入你的眼帘。
自从大约 4500年前人类发现如何制造玻璃以来，这种材料就逐渐深入我们的生活。
虽然还没有确切知晓玻璃最早的诞生地，但在美索不达米亚却发现了一些最古老的玻璃珠和其他饰品。
历史学家推测，最早的玻璃可能是陶瓷或金属生产中的意外产物。
无论如何，人们很快就了解到如何操作这项工艺，在今天伊拉克发现的一块古巴比伦泥板就是证明，这块泥板用楔形文字记录了已知最早的一种玻璃配方，甚至还注明如何将玻璃染成红色。
无论古代还是现代，几乎所有玻璃的基本配方都相同：由二氧化硅（主要成分）、碳酸钠（可降低熔点）和石灰石（使其稳定）构成的混合物。
但是，玻璃之所以与众不同，部分原因出于一种自然的偶得——工艺过程被中断的结果。
当主要成分被加热到 1000摄氏度左右后再冷却，混合物中的原子会自然地形成一种结构，就像冰片或钻石中的结晶基质一样。
反过来，原子也受到随机构型的限制，形成介于固体和液体之间的物质，在冷却硬化之前可以被重新塑形。其结果被称为无定形固体。
这种无序的分子结构赋予玻璃超强的能力：如变色龙般的灵活性。
由于玻璃的原子无需固囿于一种特定模式，因此在高温条件下，其结构可加入各种化合物。
这些添加物可赋予其颜色、柔韧性、更强的耐热性和更高的强度，以及其他所需特性。
“玻璃的成分是无限的，你可以不断地改变它们的特性。”西班牙研究理事会玻璃学教授阿莉西娅·杜兰说，她也是国际玻璃协会的前任主席，协会曾与欧盟合作，积极倡导玻璃新时代（杜兰常常使用这个词）。
但她喜欢玻璃还有另外一个原因：“玻璃的主要特质是可以被生产、再生产，创新和再创新——在全然相同或不同的应用中——永远存在。这也是其可持续性的基础。”她说。
对科学家而言，这为无穷无尽的实验创造了机会，数百年的经验表明，一项进步可以持续引发另一项进步。
譬如近日，我参观了康宁公司工程与材料加工实验室的“试验厨房”，这家跨国玻璃与陶瓷公司位于纽约上州。
在那里，身着厚重隔热反光服、头戴面罩的技术人员用钢钎和钳子从工业熔炉中取出一杯炽热的熔融玻璃，小心翼翼地倒入他们经常在这里试验的数千种新配方中的一种(他们以商业机密为由，不肯向我透露关于那个配方的只言片语）。
众所周知，康宁公司在 1879年与托马斯·爱迪生合作，改良了他的灯泡。
此后，康宁公司陆续推出一系列玻璃新产品，从经久耐用的派热克斯实验室器皿（用于生产青霉素和首批脊髓灰质炎疫苗）到早期的光纤线路（信息高速公路的主干线），以及超级耐用的大猩猩玻璃（通常用于防止手机屏幕碎裂）。
虽然康宁公司的大部分研发工作仍处于保密状态，但很多研究人员都在公开分享他们的下一个目标。
就拿生物活性玻璃来说吧：1969年，佛罗里达大学的一位教授发现，如果把一些二氧化硅换成钙，就能制造出细小的玻璃颗粒或粉末，与碎裂的骨头结合，可加速愈合。
研究生物玻璃长达 25年的伦敦帝国理工学院材料学家朱利安·琼斯说，这一发现可将重新配制的生物玻璃作为治疗骨骼和软组织伤口感染的潜在方案。
如果起效，医学所面临的最棘手的一个难题将因此得到解决，因为越来越多的病原体对抗生素产生了耐药性。
琼斯首创一种“弹力生物玻璃”，这是一种实验性三维打印的弹性玻璃聚合物，旨在使软骨再生。他说：“对患有关节炎的老年患者来说，可谓软骨得以再生的福音。”
在理海大学功能材料与器件研究所所长希曼舒·贾因看来，玻璃将在可再生能源领域发挥至关重要的作用。它已经是太阳能电池板和风力发电机玻纤叶片的关键材料。
贾因问道，为什么不制造能将太阳能转化为电能的窗户呢？他还预见了玻璃的其他突破：能释放养分的玻璃肥料颗粒，以及通过光而不是电信号进行信息处理的玻璃计算机芯片。
一项更具争议性的玻璃技术应用来自美国华盛顿州的太平洋西北国家实验室，该实验室的科学家称，他们改进了沿用几十年的安置放射性物质的方法。
这个团队的设计旨在封装汉福德核废料厂储存的 2.12亿升核废料，该厂曾为曼哈顿计划和冷战期间处理过钚。“我们的废料几乎涵盖了整个元素周期表，其中各种质量的原子喜欢以不同角度结合在一起。”领导这项研究的科学家约翰·维也纳说。
为了解决这个问题，研究小组想出用各种玻璃来容纳不同类型的放射性污染物。
尽管关于在哪里安全储存这些废料的争论仍在继续，但玻化废料的放射性半衰期比大多数有毒物质的更长。
而维也纳坚持认为，玻璃易于处理，采访后，负责玻化过程的团队同意给我邮寄一小块非放射性材料制成的试验玻璃，向我展示可储存废料是什么样的。
在所有玻璃的创新中，一项以E6为核心的技术让我着迷，促使我参观了千叶光学工厂。
在砸碎陶罐取出那块巨型E6玻璃后，技术人员用喷灯将其切割成鞋盒大小的块状，然后包装运往图森市亚利桑那大学坐落在橄榄球场下方的地下实验室。
在那里，一位名叫罗杰·安吉尔的天文学家（E6的全球独家客户）将用它来建造世界上最大的望远镜镜面。据称，建在智利阿塔卡马沙漠一座山峰上的大麦哲伦望远镜完成后，科学家们将能够观测到宇宙中前所未有的细节。
大麦哲伦望远镜比以往任何望远镜都能看到更多细节的奥秘在于其巨型反射镜——每个镜面直径达 8.4米，大致相当于网球场的宽度。
镜面是反射望远镜光学强度的关键，它依靠镜面来收集光线。因此，镜面越大，越能从恒星或行星等遥远物体上收集到更多光线。
安吉尔告诉我：“之所以选定 8米，是因为高速公路就那么宽。”他说的是镜子必须通过拖拉机拖车从实验室运到休斯敦港口，在那里装船运往智利。
但长期以来，天文学家一直困囿于铸造大型镜子带来的难题；镜子越大，就越重，越不易搬运。安吉尔的解决办法是使用一种蜂窝模具，可大大减轻镜子的重量，同时提高其强度和硬度。
他和同事们还设计了一种方法，在玻璃熔化时对其进行旋转，使其呈现微凹的形状，从而减少了研磨和抛光所需的时间。
安吉尔在上世纪 80年代就认识到，要推动天文学领域的发展需要更大的望远镜镜片，以捕捉更多的细节。
如果没有其他人制造他所需要的镜子，为什么不自己动手呢？
一位以前的学生喜欢讲述这样一个故事：当年安吉尔如何用一个小窑炉将两只派热克斯玻璃碗熔在一起，以证明他可以熔化大镜子所需的那种玻璃的基本概念。
他说：“让我感到欣慰的是，包括伽利略和牛顿在内的前几位伟大的科学家实际上都是自己制造望远镜的。”
去年 10月，我和其他媒体同仁受邀到镜子实验室（建在亚利桑那大学橄榄球场东侧看台下的一个洞穴式设施，以前曾经是个停车场）一睹“高火”时刻，届时熔炉温度达到最高点，以铸造大麦哲伦望远镜的第七个也是最后一个镜面。
数周前，一个团队小心翼翼地将 18吨E6玻璃（数千个鞋盒大小的块状物）装入体积约有小型游泳池的圆形熔炉。
玻璃铸造完成后，将缓慢冷却 85天，然后经过大约一年的研磨和抛光，最后覆加铝涂层形成反射面。
83岁的安吉尔独自站立，双手背在身后。他注视着自己最新作品的诞生，似乎陷入了沉思，可能在想象新的挑战。
麦哲伦镜面只是他的一系列革命性项目（有人可能会说是离经叛道）的一部分，一个想法接着一个想法。
他曾研究建造一个由数十亿个小遮阳板组成的云，发射到太空以减缓全球变暖。
他对开发柔性反射镜很感兴趣，这种反射镜可以集中阳光，产生制造水泥所需的高热量，从而减少这种世界上最常用建筑材料应用中产生的碳排放。他还正在研究在月球南极建造天文台的方法。
不过，与大麦哲伦望远镜相比，这些探索项目都要往后放一放。
当天文学家最终开始用它来观测太空（预计在 2029年前后的某个时候），这些反射镜将能够以空前的细致测量从恒星前方经过的遥远行星，从而让科学家们确定其温度以及是否含有甲烷和氧气等气体，那可能是生命的迹象。安吉尔说：“那将是本世纪的重大发现。”
我能听到熔炉旋转时嗡嗡作响，想象着炉内的E6熔化成一面巨大的镜子，将使那样的重大发现得以实现。
我感觉自己正在见证一项历史性创新，它可能会让一切彻底改变。
摄影：克里斯托弗·佩恩
译者：一白
编辑：框舅
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