玻璃的起源

玻璃可以用天然材料制成，并且只需要加热就能完成转化，例如沙土中的硅石和草木灰，后者可用作助熔剂来降低硅石的熔化温度。如果原料都具备的话，那么火山爆发、核爆炸、小行星坠落，甚至普通的事件如干草堆燃烧，都可以生成玻璃。5人类在创造出玻璃之前使用的是黑曜石。这是一种在熔岩流（富含硅）迅速冷却之后产生的火山玻璃，因为含有铁和铝，所以这种脆弱且透亮的物质呈黑色。目前已发现有公元前70万年的黑曜石制品，它们有类似燧石的断裂面，被制作成锋利的刃和箭头。一些外科医生直到现在还在使用这种材料制作手术刀，用它磨出来的刃要比钢材更加锋利和平滑。6天然玻璃还用于装饰。据说，法老图坦卡蒙（卒于公元前1323年）胸甲上的圣甲虫可能由一块玻璃雕刻而成，这块玻璃是陨石坠落在埃及的沙漠时形成的。7

大多数的人造玻璃都是由二氧化硅和助熔剂制成的，但是其制作过程意味着，它的内部分子不像其他固态材料的晶格一样有规律地排列。原料中硅原子和氧原子之间的化学键被破坏，其他的原子，例如钠和钙，则随机分布。所以，玻璃被称为非晶态固体，既不像普通晶体，也不是液体（图4）。塑料也是一种非晶体材料。

图4　气体、液体和固体的内部结构。采自康宁玻璃博物馆（Corning Museum of Glass）展览“玻璃是什么？”，2011年12月2日，www.cmog.org/article/what-is-glass

玻璃制造是人类发明的三大无机材料技术（其他两项是陶器制造和金属器制造）中最晚出现的一项。在玻璃出现之前，同样的材料和技术用于釉砂、埃及蓝等透明材料的制作。釉砂是一种坚硬的、带有色釉的物质，表面反光。与玻璃一样，它以硅石和草木灰为原料，只是烧成温度在200℃左右，低于玻璃的烧成温度。而且釉砂是一次烧成的，玻璃则需要两次，一次先烧成原始玻璃，再一次制作成珠子或其他物品。釉砂发现于公元前4000年左右的美索不达米亚、公元前4千纪的埃及和大约公元前2700年南亚的早期哈拉帕（Harappan）遗址。8

埃及蓝被认为是最早的人工颜料，是由硅、黄铜合金锉屑或碎矿石、氧化钙和一种助熔剂在重复的高温烧造下制成的。它很可能是在模仿青金石。青金石是一种从现在的东阿富汗矿区出口到约5000千米之外的埃及的石头。9埃及蓝大约出现于公元前2500年，稍晚的例子显示在今天叙利亚的乌加里特（Ugarit）也有埃及蓝的制造。直到400年前后，埃及蓝还在继续使用。10

目前所知的最早的人工玻璃（形式为珠子），发现于美索不达米亚北部，年代为公元前2500年前后。11原始玻璃是钠钙玻璃，由熔炉中少量的草木灰和二氧化硅制成。二氧化硅自身的熔化温度在1700℃以上，但当它与碱性物质（如苏打）混合在一起时，熔化温度可以降低到大约1000℃。这种碱性物质就叫作助熔剂。这样烧成的玻璃碴被再次烧造，并通过各种手段制成珠子，比如在熔化的玻璃周围缠绕表面覆有黏土涂层的金属丝。这些玻璃珠有各种颜色。烧制时加入一些原料，玻璃就可以上色并且变得不透明。这样制作出来的玻璃珠，有一些就会与绿松石、青金石等半宝石相似。12位于今天伊拉克境内的埃利都（Eridu）遗址出土的原始玻璃，年代在公元前2300年左右，就是由硅和草木灰，以及一种富含钴的材料制成，这种材料使玻璃呈蓝色。13

图坦卡蒙的覆面上含有青金石，还有当地制作的深蓝色玻璃。替代品的出现，很可能是因为青金石的稀缺和高昂成本。此前，玻璃技术已经传入埃及，可能是由美索不达米亚的工匠带到那里的。与图坦卡蒙覆面玻璃成分相同的玻璃珠，也发现于法国北部和斯堪的纳维亚，这是早期玻璃贸易的证据。14一些学者认为，印度河流域也存在玻璃技术，一些此前被划分为石头的珠子实际上是经磨损的玻璃。虽然还没有确凿的相关证据，但考虑到印度河流域在公元前2700年前后已经存在含硅釉砂的生产，那么玻璃的制造也应在情理之中。15关于这一地区玻璃生产的有力证据，可以追溯到公元前1450年至公元前1200年。此外，印度河流域的哈拉帕文化和美索不达米亚地区的文化也应该存在海上和陆上的联系。16

最早的玻璃容器，而非珠子，也发现于美索不达米亚北部，年代约为公元前1500年，很可能是在胡里安人建立的米坦尼王国生产的。17它们都由卷芯法制备，原料为硅石和草木灰。18要通过这种方法制成玻璃容器，熔炉内需要有大量玻璃溶液，而且温度要达到大约1150℃至1200℃。熔融玻璃裹住用动物粪便和黏土做成的芯子，玻璃丝则用作表面装饰。有色玻璃也开始有系统化的生产：在其中加入锑元素就能形成不透明的白色、黄色和绿松石的颜色，加入钴元素则形成深蓝色。这些步骤都需要进一步的技术革新：玻璃需要专门加热，这样锑或者其他物质的晶体才得以形成；然后必须缓慢冷却，从而形成不透明的效果。这样生产出来的玻璃也会更加结实。但是并非所有的原料都产自当地，所以还需要其他产地供应原料。这一时期，还可以见到模制的大理石纹马赛克玻璃兴起，这反映了进一步的技术革新。

与珠子、容器成品一同出口的，还有未经加工的玻璃（原始玻璃碴或玻璃块），它们输向已经发展出玻璃工艺的邻近文化，那里的人就可以生产出他们本土的玻璃产品。在土耳其西南海岸靠近卡什（Kas）的地方发现有一艘公元前14世纪的沉船，丝绸之路开通之前欧亚大陆西部和非洲之间的贸易和交流网络，由此可见一斑。19沉船上发现有来自波罗的海的琥珀，来自非洲的鸵鸟蛋、黑檀木和象牙，刻有纳芙蒂蒂（Nefertiti）名字的埃及金圣甲虫，塞浦路斯陶器，迦南珠宝、石榴、莳萝和杏仁（还有一只隐匿在船上的家鼠）。另外还有来自塞浦路斯的345块铸铜块（每块重23千克）。这很可能是一艘居住在地中海东海岸的叙利亚-巴勒斯坦人的商船，这艘船位于其一般航线上，即从叙利亚-巴勒斯坦出发向西北航至塞浦路斯，再从那里到达爱琴海，偶尔向西航至撒丁岛，然后通过北非或者埃及返回。20船上货物还包括175件半透明的钴蓝和宝石绿的玻璃块，直径在15厘米左右。从文献记载可知，这叫作麦克库石（mekku），科学分析显示它与埃及和迈锡尼的玻璃相同。21此外还发现有大约9500件玻璃珠和75,000件釉砂珠，以及用红玉髓和其他半宝石制成的珠子。其中大部分应该是用于贸易的，但也有一些可能是船员的个人财产。22学者还认为，沉船上发现的1吨锡可能采自中亚。23

在接下来的1000年里，西亚和欧洲的不同文化都有了玻璃技术。公元前13世纪至公元前12世纪，玻璃首先在希腊生产。公元前11世纪至公元前10世纪，玻璃生产扩展到意大利北部，之后玻璃技术传至欧洲其他地方。24大约在公元前800年，欧亚大陆西部的玻璃制造出现了显著的发展，大量使用富含钠的泡碱或天然碱等矿物，取代了之前作为碱性物质的草木灰。泡碱发现于开罗西北方沙漠的边缘，在一个名字为瓦迪那特伦（Wadi el Natrun，泡碱河谷）的地方。对于制造玻璃所需要的碱而言，泡碱是一种更加纯净、密度更大的原料，而且与草木灰不同，不需要提前准备。早在公元前2000年的埃及，它就用于尸体防腐，不过相对罕见。但它在黎凡特和欧洲用作玻璃中的碱性材料长达1500年。罗马学者老普林尼（约23—79）记载了人们开始在勃路斯河（Belus River）附近生产玻璃的故事：“一艘载有泡碱的（腓尼基）船来到海滨，船上的商人们下船后开始在沙滩上做饭，但是没有石头来支撑他们的炊具，他们就从船上拿出泡碱放在炊具下。当火燃烧起来的时候，海滨的沙子和泡碱混合在一起，一种新的半透明物质的溶液开始流淌。这就是玻璃的起源。”25

希腊历史学家斯特拉博（Strabo，前64/63—24）也记载了这片区域的玻璃制造，他发现了另一处在地中海沿岸、西顿（Sidon）附近的沙地，位于上述沙地的更北边。过去20多年在贝鲁特（Beirut）的考古发掘为此地的玻璃制造和玻璃加工提供了证据，还发现了数以千计的玻璃容器。26这些容器的年代为希腊晚期，其中就有那件希腊式碗的类型，即蓝色的半球形碗，口沿下饰一道凹槽。这些碗是模制的，即把熔化的玻璃液倒入模具中，或直接在模具里加热玻璃原料。27尽管这里也出土了没有装饰的碗，但带凹槽装饰的碗最为常见，而且凹槽很可能不是模制的，而是用轮子切割形成的。28这样的碗，在该区域内所有类型的聚落中都有大批的发现。29鲁思·杰克逊-塔尔（Ruth Jackson-Tal）认为，这表明“社会的大多数阶层都可以用这类碗”，它们倒扣着一摞一摞地存放，主要用于饮酒。30玻璃容器成了餐具的一种选择，比金银器更受欢迎，因为它们不会散发某种气味。31它们也更便宜，这标志着此时的玻璃生产发生了一种变化，即“从数量较少的、用卷芯法制备的奢侈化妆品容器，向大量的、更简单的模制饮酒器的转变”。32亨德森认为，由于硅石（形式为沙）很容易得到，成本主要在于炉子中的燃料、泡碱（仍然是主要的碱性助熔剂），以及结渣处理技术的发展。而把一个扁平的圆盘放在模具上来制造碗，模子还可以再次利用，这是一种快捷且成本低廉的方法。33

这件碗的玻璃可能是在贝鲁特发现的一个窑炉内生产的，或者是在黎凡特或北非的一个玻璃制造中心生产的。虽然容器与玻璃的制造不一定在同一个地方，但考虑到这种形制的容器在那时的黎凡特随处可见，我们推测那里一定也生产了数百甚至数千件类似的容器。尽管关于这件器物的许多问题还没有答案，但科学分析已经可以确认它的原料产地和成分。