玻璃为什么是透明的？

        玻璃实在是太常见了，以至于大多数人都想当然地认为它本来就应该是那个样子的。但究竟玻璃为什么是透明的呢？为什么我们可以透过玻璃窗看到外面，而不是透过四周的木窗框呢？

您可能已经注意到，大多数液体和气体都是透明的。水、食用油、外用酒精、空气和天然气等等都是透明的。那是因为固体、液体和气体之间有着根本的不同。当一种物质呈固态时，分子之间的排列通常都整齐有序，彼此的联结也十分牢固，因此物质也就非常坚硬。当物质从固态转化为液态时，分子间的联结强度降低，分子开始呈随机状态排列。而在物质汽化的过程中，您会发现分子间的联结强度大幅减弱，分子的排列完全呈随机状态。

这种分子从有序排列到随机排列的过程，就是光可以透过液体和气体的最根本的原因。在大多数固体中，分子都排列得像是一层层整齐紧密的砖块，因此光波无法从中透过。所以当照射到这样的物质上时，光波会被反射、散射或吸收——一般来说，这三种情况会同时发生。但是当物质变成液态或气态时，分子排列不再整齐，部分光波就可以从缝隙或孔洞中穿过。物质中的分子排列越是无序，光线就越容易穿过。

另一个影响因素发生在亚原子级水平上。组成任何物质的分子都是由许多原子结合在一起而构成的，这些原子通常带有很多电子。当光子与这些电子发生作用时，可能会发生以下情况：

• 电子吸收光子的能量并将其转化为其他形式（通常是转化为热能）
• 电子吸收并保存光子的能量（这样会引起发光现象，储能时间较短时称为荧光，储能时间较长时称为磷光）
• 电子吸收光子的能量并将其沿入射方向发射回去（反射）
• 电子不吸收光子的能量时，光子继续沿其路径传播（透过）

绝大多数情况下，以上四种情况在光线照射物体时会同时发生。不同种材料中的电子吸收能量的范围不同。例如，许多玻璃都可阻挡紫外线（UV）。这是因为，玻璃中的电子吸收了紫外线中光子的能量，但并未吸收可见光中较弱的光子能量。如果电子吸收了可见光中的任何一部分能量，那么透过的光都会带有颜色，具体取决于吸收的是哪一种光。事实上，任何物体的颜色都是由该物质中电子所吸收的光子的能级决定的。

尽管黑曜石或松脂石玻璃可以天然形成，但一般使用的玻璃都是一种人造物质。制造玻璃的基本方法如下：

• 最常用的制造玻璃的原料是硅石，这种原料就像海滩上随处可见的沙子一样普遍。
• 对原料进行高温加热，直至其融化为液态，然后再冷却。

得到的物质具有像液体一样随机排列的分子结构，同时保留了强力的联结和固体那样的硬度。上述是一个简化了的流程。现实中通常还会在其中加入可加快硅石融化的物质，以及使玻璃更坚固而不易碎的原料。对温度、加热时间和冷却方法的要求都十分严格。

在玻璃制造中用作冷却剂的材料可使分子的排列呈无序状态（像液体一样），其所含电子不吸收可见光的光子能量。这就是为什么同样是固体，但玻璃透明而木头、金属和石头等都不透明的道理。

另一种类似的制造方法称为淬火，用于生产透明或半透明的塑料产品。淬火可使塑料中的聚合物（长链分子）以一种无规则的形式排列，使光线能够透过。该工艺亦可应用于有机物质。透明或半透明糖果的制造过程为：将配方原料加热，然后快速冷却。

请注意，透明的玻璃、塑料和糖果都是融化后冷却而形成的固体。它们具有相同的工艺流程。

有成千上万的物质可以用于制造不同类型的玻璃。所能透过的光线的数量及种类取决于所用物质的类型和纯度。高纯度的硅石透光性非常好，只有极少量的光波会被吸收，但通常会有一部分被反射。您所见到的玻璃窗几乎都是这样。

其他用于制造玻璃的材料可透过或阻挡特定类型的光，如紫外线甚或部分可见光。您可能见到过黑色或其他一些不透明颜色的玻璃。通常，出现这些颜色都是由于悬浮在玻璃当中的微小颗粒的存在，作用和某些液体或气体当中的杂质一样。玻璃的属性也可以通过其他方法来改变，例如滤去某种特定波长的光。制造这种玻璃时，应让冷却的速度足够慢，以使分子部分结晶或形成一定结构。还有一些材料因其便于塑型且具有良好的透射和/或折射性能而被用来制造玻璃，用于眼镜镜片和放大镜等产品中。