10.4.3. Стекло

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

Не говори мне про свет луны. Покажи мне лучше мерцание света на треснутом стекле.

Вы (также Антон Чехов)

Что это

Прочное, теплостойкое, химически неактивное, годное ко вторичной переработке (бесконечное число раз), аморфное твердое вещество[91], через которое можно видеть, что делает его одной из бешено полезных субстанций на нашей планете.

До того как было изобретено

Если вам требовались контактные линзы, то вы не могли получить их и должны были всю жизнь страдать от плохого зрения. И в дополнение к буквальной невозможности видеть нормально вы также фигурально не могли видеть преимущества миллиона технологий, которыми можно пользоваться только с помощью стекла, в число их входят, например, микроскопы, лампы накаливания и пробирки.

Изобретено

700 тыс. до н. э. (природное стекло использовали для инструментов);

3500 до н. э. (искусственное стекло, большей частью на бусины);

27 до н. э. (технология выдувания стекла);

100 н. э. (прозрачное стекло);

1200 н. э. (оконные стекла).

Предпосылки

Никаких (для природного стекла), печи, поташ или кальцинированная сода, негашеная известь (для искусственного стекла).

Как изобрести

Стекло – одно из наиболее полезных веществ, которые вы можете изготовить, и, чтобы подчеркнуть это, мы опишем все удивительные вещи, какие вы можете сделать со стеклом, и только потом расскажем, как его произвести. Поэтому, когда вы доберетесь до способа изготовления, ваша реакция будет: «Это просто, я рвусь заняться делом», а вовсе не: «О, фу, стекло для лузеров, я лучше перепрыгну этот раздел и почитаю о чем-нибудь, что взрывается» (этот вариант наблюдался при чтении ранних вариантов текста[92]).

Вот краткий перечень вещей, которые вы можете сделать с помощью стекла: глазированная посуда, очки, микроскопы, телескопы, бокалы и пробирки (последние очень широко применяются в науке, поскольку стекло мало с чем вступает в реакцию, так что в нем можно хранить даже серную кислоту), призмы, вакуумные камеры, лампы накаливания, термометры, барометры и многое другое. Стекло позволяет вам изгибать свет (с помощью рефракции), преломлять его (с помощью дифракции) и собирать его вместе (направляя пучок лучей в одну точку).

Какая польза в изгибании света?

Сделайте выпуклую линзу, и вы заставите лучи света сходиться, изобретя тем самым увеличительное стекло. Сделайте вогнутую линзу, и вы заставите их расходиться, и это поможет корректировать близорукость.

Что-то вроде того (рис. 19).

Рис. 19. Формы стеклянных объектов, необходимых, чтобы изогнуть свет полезным образом

Выпуклые линзы изготавливать легче, чем вогнутые, поскольку выдувание стеклянной сферы производит такие линзы автоматически. Поэтому вы найдете, что изначально корректировать дальнозоркость (неспособность четко видеть предметы вблизи) проще, чем близорукость.

Очки были изобретены около 1200 н. э. в Индии и попали в Европу через Италию. Примерно в то же время солнечные очки оказались придуманы в Китае, и они были даже тогда много круче всяких простых стеклышек для ботанов, которые мы здесь обсуждаем[93].

Тем не менее понадобилось пять столетий, до XVIII века н. э., на то, чтобы кто-то предположил, что «стеклышки» можно с удобством держать на месте с помощью дужек, зацепленных за уши. Прежде вам приходилось постоянно задействовать руки или насаживать очки плотно на нос.

Просто изобретя дужки, вы дадите своей цивилизации столетия преимущества!

Но очки – только начало, ведь, взяв две поставленные бок о бок выпуклые линзы из очков и расположив одну впереди другой (обычно с помощью удобного полого цилиндра), вы можете создать микроскоп, идея которого впервые осенила человечество в начале XVII века н. э. Скомбинировав выпуклую линзу на одном конце с вогнутой на другом, вы получите телескоп, полезный для разглядывания далеких земель, постижения тайн космоса и шпионажа за вашими извращенными соседями.

Поместите два телескопа рядом, и вы изобретете бинокль!

Посмотрите на себя: мы дали вам несколько линз, и вы уже изобретаете как сумасшедший!

Телескопы и микроскопы – крайне важные приборы, они ведут к открытию ранее неизвестных форм жизни (бактерии), новому пониманию того, как эта жизнь устроена (клетки), как эта жизнь размножается (клеточное деление, а также секс, при котором крохотные сперматозоиды встречаются со столь же крохотными яйцеклетками), как люди защищают себя от болезней (белые кровяные тельца), и это не упоминая открытие макроскопических планет, звезд и галактик, что все вместе позволит фундаментальным образом изменить науку, медицину, биологию, химию, теологию и цивилизацию в целом. В нашей временной линии все эти инновации потребовали изобретения линз, ну а для тех нужно прозрачное стекло, для него – горячие печи, но инструкции в этом разделе дают вам все необходимое, чтобы изобрести все вышеперечисленное в любой момент истории[94] (рис. 20).

Рис. 20. Схематическое изображение телескопа и микроскопа

Чтобы изобрести зеркала – полезные как в области продвинутой науки, так и в области продвинутого ухода за собой, – поместите слой отражающего металла вроде меди, алюминия или олова на заднюю поверхность стеклянной пластинки[95].

С широким распространением зеркал возникает и мода на селфи – до появления доступных всем зеркал в Европе в XV веке н. э. не существовало традиции автопортретов. Но они же ведут за собой перископы, продвинутые телескопы, плиты для готовки пищи на солнечных батареях и миллиард разных штучек для украшения тела, которые становятся доступными только при наличии постоянной возможности тщательно изучать собственную внешность.

Сделайте пирамидку из стекла, и вы получите призму, способную раскладывать свет на составляющие (то есть создавать искусственные радуги). Поместите ее в темный ящик, чтобы на призму через крохотную дырочку попадал только один луч света, и вы изобретете спектроскоп.

Каждый элемент во вселенной при нагревании испускает набор световых волн разной частоты: нечто вроде неполной радуги, которая может служить «отпечатком пальца». Вы можете использовать свой спектроскоп, чтобы узнать, что именно горит прямо перед вами, или в комбинации с телескопом, чтобы разобраться в элементном составе звезд, расположенных за тысячи световых лет от нас.

Не так плохо для расплавленного песка.

Это не шутка: стекло не более чем просто расплавленный песок или, более точно, расплавленный диоксид кремния, также именуемый кремнеземом. Кремнезем составляет около 10 % от массы земной коры и является главным компонентом песка во многих частях мира, так что найти его легко. Он плавится при температуре в 1700 °C – слишком жарко для простого костра, но вполне в пределах температур, которые обеспечивают печи, которые вы только что изобрели в разделе 10.4.2.

Первое стекло, изготовленное людьми, появилось случайно около 3500 до н. э. как раз в печи для обжига: в нее попало немного песка, расплавилось, и в результате получилось интересное вещество[96].

Вы можете снизить температуру плавления кремнезема и тем самым сделать производство стекла проще и доступнее – добавив к песку поташ или соду (см. приложения С5 и С6 соответственно). Жар заставит поташ или соду раствориться в песке, снижая его температуру плавления. Можно добавить немного негашеной извести, чтобы увеличить химическую стойкость и долговечность вашего стекла, и вы получите субстанцию, которая плавится при куда более приемлемых 580 °C.

Вам нужна смесь: от 60 до 75 % кремнезема[97], от 5 до 12 % извести и от 12 до 18 % соды. Когда эта смесь плавится, она производит пузырящуюся, пенистую жидкость – пузыри создает покидающий ее диоксид углерода, – которой вы должны позволить «покипеть» достаточно долго, чтобы пузыри перестали появляться, и тогда вы можете лить, дуть, тянуть или отливать полученное стекло.

Прозрачное стекло получается из белого песка, коричневый песок обычно содержит оксид железа, и стекло выходит зеленоватым[98]. Чтобы сделать его более прозрачным, добавьте диоксид марганца, который можно получить, сжигая в пепел определенные водоросли. Поэкспериментируйте, пока не найдете то, что вам нужно, а потом добавьте в смесь во время плавки[99].

Чем выше температура стекла, тем оно более текуче ее, и чем ниже, тем оно плотнее. Вы можете использовать это свойство, охлаждая разные части расплава до разной температуры, и он будет вести себя как жидкий сироп, мягкая жевательная резинка или тягучая ириска. На стадии «жевательной резинки» вы можете поместить шар стекла на конец железной трубы и подуть в нее, и этот момент ознаменует появление стеклодувного искусства, которое очень полезно для производства стеклянной посуды разных видов.

Вероятно, вы захотите изготовить стеклянные окна, поскольку они, во-первых, делают дом комфортабельным и мало похожим на пещеру, во-вторых, изолируют от внешней среды и, в-третьих, помогают освещать комнаты. Но изготовить большие панели из стекла – дело непростое, и для этого существует несколько разных техник.

И вот они все, начиная от самых ранних и простейших и заканчивая современными и сложными, так что вы можете выбрать, что вам по душе:

• если у вас много времени и энергии, вылейте стекло на поверхность железной пластины (которая не расплавится), позвольте материалу остыть, а потом отполируйте с двух сторон до прозрачности. Полировку начните грубой наждачной бумагой[100] и постепенно заменяйте ее на все более и более мелкозернистую.

Понятно, что это потребует времени;

• если вы выдули стеклянный вытянутый пузырь, то отрежьте концы, и у вас получится неровный цилиндр. Разрежьте его пополам и распрямите каждую половинку на железной пластине, пока они еще гибкие – и вы изобрели широкополосное стекло, простой способ изготавливать оконные стекла, но в этом случае панели получаются неровные и не всегда прозрачные. В нашей временной линии этот метод пошел в ход около 1000 н. э.;

• если вы выдули большой шар из стекла (а это требует навыка), а затем сумели медленно нагреть его до точки кипения, одновременно вращая как на гончарном круге, то центробежная сила расплющит шар в диск. Это прозрачное «лунное стекло» будет тоньше с краев и толще в центре, где останется круглый «бычий глаз», но оно лучше подходит для изготовления окон. Эта технология появилась около 1320 н. э. во Франции, где ее хранили как высокодоходный торговый секрет на протяжении сотен лет. А вы его знаете!

• если вы выдуваете большие шары из стекла в железную форму, то вы в состоянии производить одинаковые куски стекла снова и снова. В особенности если вы выдуваете в цилиндрическую форму, вы можете позволить стеклу остыть, разрезать его по длине, затем медленно нагреть заново, и две половинки цилиндра сами превратятся в листы стекла. Такой способ позволяет производить одинаковые, более прозрачные стекла, чем то, что использовалось ранее. Он появился в самом начале XIX века н. э.;

• если вы получили жидкое олово – очень плотный металл, – вы можете формовать идеально плоские современные оконные стекла, к которым привыкли, выливая расплавленное стекло на олово, где оно благополучно растечется по ровной поверхности, прежде чем застыть. Стекло твердеет примерно при 600 °C, задолго до того, как это делает олово, так что ваши панели можно просто снять, когда они остынут. В обычных условиях эта технология появилась около 1950 н. э. и менее чем за десятилетие вытеснила остальные. Но тут есть проблема: пусть олово не пристает к вашему стеклу, это прекрасно делает диоксид олова, так что вам понадобится проводить операцию в помещении, заполненном любым газом, кроме кислорода, чтобы ваше олово просто не «ржавело». Если это выглядит слишком сложно, то лунное или цилиндрическое стекло вас устроит, мы обещаем. Смотрите, это книга, где в нескольких разделах мы должны объяснить, как это все работает, так что, может быть, вам не нужно возиться с расплавленными металлами просто для того, чтобы получить более гладкое стекло прямо сейчас?