激光拉曼光谱分析2000多年前战国时期的铅钡蜻蜓眼玻璃珠。
今年是联合国国际玻璃年，也是联合国首次以单一材料来命名的年份。2022联合国国际玻璃年的主题是“庆祝玻璃的过去、现在和未来，共创可持续、公平和更美好的明天”。
玻璃是人类最早发明的人造材料之一，它的出现与使用在人类生活中已有几千年历史，从4000年前的美索不达米亚到古埃及的遗迹里，都曾有小玻璃珠出土。如今，随着科学技术的高速发展，它被广泛应用于建筑、通信、交通、生命健康、新能源、航空航天、艺术等领域，是日常生活和高技术领域十分重要的材料，在人类文明和科技发明史上占据着重要地位。古代玻璃研究作为科技考古的重要分支，对于研究古代社会的发展及中外文化交流具有十分重要的意义。
根据材料辞典的定义，玻璃是指那些经熔融冷却后保持液体结构的固体，统称为“过冷的液体”，属于非晶态物质。制作玻璃的主要原料为石英砂（二氧化硅），它的特性十分奇妙，原子排列大于1纳米时是无序的，小于1纳米则是有序的。正因为玻璃从熔融状态到固体状态的性质变化是连续和可逆的，因此它的可塑性非常强。古往今来，人们利用它的这一特性，创造出许多值得品玩的佳作。
在古代西亚、埃及和欧洲，玻璃一直是上层社会的奢侈品，与黄金宝石同值。中国玻璃出现较晚，而且中国古代崇尚玉器，又有陶瓷器可以作为实用容器，加之古代铅钡玻璃和铅玻璃的耐冷热变化性能差，中国古代玻璃制造业始终未能发展成为主要手工业门类，而其以饰物及赏玩摆件的功能成为中国工艺美术的一环。
陨石、火山、闪电造就天然玻璃
玻璃最初的产生可能源于偶然。据古罗马博物学家普林尼记载，在沙滩上做饭的泡碱商人偶然发现了玻璃制作的奥秘。
古代玻璃主要是指硅酸盐玻璃，由石英砂、石灰石和泡碱等矿物质在高温下熔融冷却后形成，人们最初对其性质并不了解，泡碱商人的偶然发现可能起到了启发作用。
公元前14世纪至公元前12世纪，美索不达米亚人在泥版文书上用楔形文字记载了古代两种玻璃的配方，其中提到如何加入不同比例的铅、铜、锑去制造玻璃，这让人们很直观地联想到古代青铜器的冶炼和制作。因为都使用了铅和铜，因此国内外有学者探索古代玻璃和青铜制造技术之间的关系。
埃及法老图坦卡蒙的淡黄绿色透明玻璃制圣甲虫配饰
自然界也会形成天然玻璃，比如火山玻璃和陨石玻璃。沙漠中的石英砂在被闪电劈中的瞬间，会产生超过数千度的高温，高温熔融石英从而形成天然玻璃。有研究者发现，在利比亚沙漠中，由于陨石撞击产生了天然的沙漠玻璃，古埃及新王国时期第十八王朝法老图坦卡蒙的佩饰中，有一个淡黄绿色透明玻璃制的圣甲虫，就是沙漠玻璃制成的。
施釉滑石、费昂斯和玻璃
在玻璃出现之前，有两种硅酸盐人造制品——施釉滑石和费昂斯，可称为“类玻璃制品”。施釉滑石最早出现在公元前5000年的埃及，费昂斯最早出现在公元前4千纪初的古埃及和两河流域，而中国早在商周时期就出现了原始瓷釉，这些材料中均含有玻璃态物质。“釉”通常由铝硅酸盐矿物、草木灰、石灰石和着色矿物等经由高温熔融态再冷却而制成。它与玻璃均包含非晶态物质，在物质结构与物理化学性能上没有本质区别。
激光拉曼光谱分析2000多年前战国时期的铅钡蜻蜓眼玻璃珠。
中国科学院上海光学精密机械研究所干福熹院士创建的科研团队长期从事玻璃的科学研究。据团队成员、中科院上海光机所研究员李青会介绍，费昂斯和玻璃制品最大的区别在于，它的内芯是少量烧结在一起的玻璃相石英砂，表面存在薄的釉层；玻璃是主体由玻璃态物质组成，并单独形成器物。真正符合现代科学意义的玻璃制品，业内普遍认为是在公元前2500年至公元前2000年出现于美索不达米亚、埃及等地。
大量出土文物显示，不管是施釉滑石、费昂斯还是玻璃，一开始都被人们与金、玉等质地的器物一起用作装饰品。《红楼梦》里就写到，因家里来了位尊贵的客人，贾蓉便讨好王熙凤，想要借一个玻璃制品来提提自己的身份。
中国古代有没有费昂斯呢？李青会表示，中国新疆发现的费昂斯可早至公元前2千纪早期，而内地费昂斯出现的时间大概在西周早期至春秋战国时期，最早出现于我国黄河流域的陕西、河南、山西、山东等地，后来延伸至长江流域，晋侯墓地、平顶山应国墓地、苏州真山大墓、浙江东阳前山、曾侯乙墓等地都出土了一定的费昂斯珠。
根据主要助熔剂划分，中国古代费昂斯制品有三种类型：一种以氧化钠为主，一种以氧化钾为主，还有把氧化钠、氧化钾共同作为助熔剂的混合碱类型。李青会说，不同助熔剂类型可能代表了产地来源上的不同，富钠类费昂斯制品和埃及、西亚等地关系密切，富钾类费昂斯则被认为是由中国本土制作。
公元前1世纪，叙利亚工匠发明了玻璃吹制技术，这对玻璃技术的发展、甚至对现代科学技术都产生了深远影响。“如果那时候有诺贝尔奖，那么玻璃吹制技术的价值足以匹配这一奖项。”李青会说。
玻璃吹制技术出现后，西方开始真正进入玻璃繁荣时代，出现了大量玻璃器皿，它们不仅被大规模用于建筑，还成为家庭器皿和科研容器。比如，著名的罗马卡拉卡拉（Caracalla）大浴场的墙面、穹窿顶和窗户总共使用了约350吨的玻璃。随着哥特式建筑的发展和教堂空间设计的需要，彩色玻璃应运而生。到了17世纪，英国的玻璃工匠才制作出了铅玻璃，这比中国铅玻璃的出现晚了1700多年。
卡拉卡拉（Caracalla）大浴场的墙面
中国古代玻璃为何未入寻常百姓家
中国古代玻璃在助熔剂的使用和玻璃造型上与西方有较大区别，同时功能也有较大区别，主要用于制作珠饰或仿玉制品。李青会表示，中国古代玻璃之所以被大家广泛认为独特，是因为在战国时期出现了以氧化铅为主要助熔剂、以氧化钡作为乳浊剂的铅钡玻璃。比较典型的制品有铅钡玻璃质地的璧、环、剑饰和蜻蜓眼珠等器物。其中，中国本土制作的铅钡玻璃蜻蜓眼珠是在吸收了西方钠钙玻璃蜻蜓眼珠的风格后，利用本土原料进行的再创作。
李青会团队经研究分析发现，中国本土制作的含铅钡釉的蜻蜓眼纹珠饰还有釉砂珠和釉陶珠，它们在釉层中均有眼纹形装饰，主要区别在于内芯的不同。蜻蜓眼釉陶珠的内芯是陶质的，而蜻蜓眼釉砂珠的内芯材料主要含有二氧化硅和一定量的氧化铅或氧化钡，也就是说，它不是陶质的，而是一种费昂斯芯。这两种表层相似、内芯不同的硅酸盐制品为研究战国时期中国铅钡玻璃的技术起源提供了新的科学依据。这反映出中国铅钡玻璃的出现与陶瓷技术以及早期费昂斯技术存在密切关系。
除了铅钡玻璃，中国还有一类比较特殊的玻璃，最早引起关注的是江陵望山一号墓出土的越王勾践剑，它一面镶嵌了绿松石，一面镶嵌了蓝玻璃。经科技分析，这些蓝玻璃是钾钙硅酸盐玻璃，它的玻璃化程度比铅钡玻璃低，因为它使用了氧化钾作为主要的助熔剂，熔制的温度高于铅钡玻璃。近年来，战国时期钾钙玻璃质地的蜻蜓眼玻璃珠、单色玻璃管以及仿玉的珩、璜等器物，在江苏无锡鸿山遗址、湖北江陵九店、湖南长沙、甘肃和陕西等地被发现，这类玻璃也是中国自制的一类玻璃。
江苏无锡鸿山越墓出土的战国早期蜻蜓眼玻璃珠。
古代玻璃和陶瓷都属于人工烧制的硅酸盐制品，虽然玻璃制品自春秋战国时期就成为中国古代一类独特的用具，但长期以来都属于“奢侈品”一族，不像西方那样早早进入百姓的日常生活。在中国，古代玻璃主要用作装饰品（包括剑饰、耳饰、头饰、服饰以及青铜器和陶瓷等镶嵌装饰）、礼器、乐器、殓葬用具、宗教用具（佛教七宝之一），以及生活和娱乐用具（如杯、盘、碗、印章和棋子等）。不过，这些装饰品和生活娱乐用具往往都出自贵族墓地，非普通老百姓所用，是一种身份和地位的象征。
东西方在古代玻璃器的发展和普及方面的差异，主要和东西方的文化传统和资源等因素存在较大关系。中国文化内敛而含蓄，尚玉，并赋之玉德，自战国时期铅钡玻璃问世以来，就以仿玉为主要目的，这和西方重视玻璃的透明度和鲜艳的色泽明显不同。中国自汉代南方青瓷技术日臻成熟，加之得天独厚的自然资源和文化传统，瓷器业迅猛发展，此后又发展出了白瓷、黑瓷、青花和彩色瓷器等诸多品种，并走向世界。由此，东西方分别开拓出瓷器和玻璃两条“高温釉”入寻常家的发展之路，殊途同归。
作者：沈湫莎
图片：中科院上海光学精密机械研究所提供
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