在中世纪，随着文明向欧洲北部扩展，玻璃的应用变得更为广泛。热别是玻璃在眼镜、望远镜以及显微镜等方面的代表性技术成果，直接面向人类生活，关注人的身心特性，减轻了身体的负担、美化人类生活、还方便了各类社会活动。
西方技术文明的代表——玻璃及其应用
撰文 / 刘景华
第一架反射式望远镜诞生于1668年，是英国著名物理学家艾萨克·牛顿发明的。
欧洲玻璃技术的早期发展玻璃制造的起源有多种说法，传入古希腊和罗马的玻璃技术来自于古代中东。在中世纪，随着欧洲文明向北部扩展，玻璃的利用更为广泛。北方地区阳光稀少，需要较大的窗户采光，这就使得玻璃需要量增大不少，这也是促使玻璃技术提高的前提。9世纪时，为了就地取用燃料，玻璃熔炉开始建造在森林里。到了15世纪，玻璃技术形成“威尼斯式”和“诺曼式”两大分支。诺曼式流行于北部，包括德国、法国、英国等地。北方玻璃取材于含有硅土的沙子，添加陆地植物灰烬（复合碳酸钾盐）作助溶剂；而南方玻璃所用硅土取自河床中白砂石，苏打（碳酸钠盐）是助溶添加剂，焚烧海洋植物便可得。北方玻璃熔炉多为长方形，南方熔炉多为圆形。近代欧洲玻璃技术主要是在“威尼斯式”基础上发展的。
△位于英格兰南部格洛斯特郡的格洛斯特大教堂（Gloucester Cathedral）。其正门上方为英格兰最大的教堂彩绘玻璃窗。
1090年，威尼斯已开始生产玻璃器皿。13世纪，这里繁荣的玻璃工业主要集中于城外穆兰诺岛。1317年时，还制出了珐琅玻璃；1330年，出现彩色窗户玻璃。到了15世纪，最重要的玻璃——透明水晶玻璃诞生了。
公元前就已在叙利亚发明了玻璃制作的中心技术——吹制法。吹制工取出一滴玻璃溶液置于金属管子顶端，将管子不停地转动以防溶液下落，无论有无模子，借助吹风都可将其制成玻璃器皿。14世纪制作小块平板玻璃用的也是吹制法。在吹管末端吹成玻璃泡并不停转动，在离心力的作用下玻璃散开，再平摊，冷却后就成为一块圆形玻璃。其中心还有个“牛眼”或“冠结”，称“皇冠玻璃”。这种玻璃广泛用于教堂的着色玻璃窗。制大块玻璃的方法类似，将玻璃液吹成大泡，不停摇摆，使其变成圆柱体，然后将圆柱从一边切开，趁热平摊于板上，固化成形后再在表面打磨抛光。这种古老方法的制作平板玻璃一直延续至20世纪。
△威尼斯的工匠采用在玻璃上镀一层薄银膜的方法，生产出了玻璃镜子。尽管城市当局和行会严禁将这一技术带出境外，但仍然很快传播到了欧洲各地。
16世纪，威尼斯已能在玻璃器皿表面着上各种浓度的不同色彩，如淡棕色、淡灰色、翡翠绿、蓝色、锰紫色等；能制出颇似真水晶的透明玻璃；能在玻璃上绘出不透明的白色窗格，或呈棕色及绿色条纹状的图案；还有一种特制的冰玻璃，表面呈裂纹状，碎裂后还可重新加热成型；到了中期，又开始用金刚钻刻划玻璃。这些技术使得玻璃产品更为丰富，用途更加广泛。
威尼斯工匠在玻璃上镀了一层薄银膜，便生产出了玻璃镜子。虽然城市当局和行会严禁将此技术带出境外，但还是很快传播到了欧洲各地。而威尼斯的穆拉诺和热那亚附近小镇阿尔塔里, 这两个玻璃生产中心便成了玻璃工匠输出地。1550年代玻璃技术传到瑞典，1570年左右传到英格兰，1572年传到丹麦。这种传播一直持续到17世纪初，且各国在接受的基础上还有所创造。如1540年德国发现了制造钴蓝色玻璃的方法，并能为铅玻璃和紫色玻璃提供配方。1610年后确认用煤烧制玻璃的专利。1612年意大利人内里著《威尼斯技艺》详细记载了许多关键技术，收集了不少玻璃生产要诀。这部著作在他国译出时，译者往往还加上了本国工匠的一些成功经验。直至18世纪中期，西欧玻璃制造还没有超出该书所总结的范围。
△眼镜的发明，让很多人受益无穷，也让人类对自然和世界的认识不再受制于自身的局限。
随着眼镜的大量制作和光学仪器的发明使用，需要各种凸凹透镜片。打磨这些镜片要求更好的玻璃性能，因此玻璃成分比例极为重要。从器皿玻璃、窗户玻璃成分看，威尼斯的技术与现代已没有区别。至于镜片玻璃，其成分为苏打—熟石灰—硅土，构成适当比例，但不像近代光学玻璃还包括了铅、钾、钡等那时还不知道的成分。那时也不清楚玻璃的熔点，威尼斯玻璃为降低溶解温度而加碱过多，造成颜色晦暗透明度不够，也有容易碎裂等毛病。17世纪里，欧洲玻璃生产技术仍不断进步，新发明创造不断涌现：（1）发明玻璃工匠“座椅”，便于工匠转吹玻璃时操作之用，采用这一技术的有英德等国。（2）用煤作熔炉燃料，以产煤国英国最普遍。煤比木材燃料提供的温度更高，可用来生产某些特制玻璃。（3）水晶玻璃加铅，更像天然水晶。英国最先生产出“水清钴”玻璃。（4）水晶玻璃加石灰钾，增强玻璃强度。这是德国最自豪的。（5）转轮割划玻璃技术，对强度大的玻璃尤其管用，转轮由脚踏或手摇式演变为水力驱动式。（6）发明蛋白色不透明玻璃，也是德国技术。（7）红宝石玻璃，德国发明。这时的玻璃熔炼形成了三种技术模式，即意大利式、阿姆斯特丹式和德国式，以德国式最为普及。其他国家也有些独到技术。如鲁昂作为法国玻璃生产中心，用于吹制法生产的玻璃管长达15米。
△文艺复兴时代也是西欧近代技术的起步时期。时钟的应用，玻璃的制造，眼镜的发明，望远镜和显微镜等的出现都为人类生活带来了巨大的便利。
玻璃与欧洲人的文明生活东方本是玻璃技术的发源地，然而早期玻璃品多为把玩欣赏之物，以至于近代东方人开始使用玻璃窗户、眼镜之类物品时，总将其看成西方文明生活的标志物。
玻璃的广泛使用，确是西方文明生活与东方传统生活的重要区别之一。玻璃很早就进入了欧洲人日常生活，如欧洲北部长年云层遮盖、阳光偏少，不便使用日晷之类计时器，玻璃计时器便成为一种替代。12世纪后欧洲时兴哥特式建筑，教堂最突出特点之一是门窗极大，装上有植物、动物和人类自身图案的彩色绘画大玻璃，采光极好，生动逼真。文艺复兴建筑出现后，大型公共建筑墙体留有足够高度安装半圆顶玻璃窗户。法国等地教堂和民宅运用双斜面屋顶支架，斜面上开屋顶窗装透明玻璃采光，形成著名的阁楼住屋。
△玻璃很早就进入了欧洲人的日常生活，它的广泛使用是西方文明生活与东方传统生活的重要区别之一。如在计时方法这方面，由于欧洲北部长年云层遮盖，少见阳光，日冕之类的简单仪器无法使用，于是便有了玻璃计时器的出现。而从中世纪晚期到近代早期，各式各样的玻璃制品及其使用方法都大大丰富和美化了人类生活。
从中世纪晚期到近代早期，各式各样的玻璃及其各种各样的使用方法，为人们带来了许多便利，大大丰富和美化了人类生活。玻璃在日常生活中的应用主要有窗户玻璃、镜子玻璃、玻璃器皿、眼镜等。文艺复兴前后的欧洲，窗户玻璃的需要量极大。随着大量高质量透明玻璃的生产，玻璃已能做成各种器具，如酒杯、酒瓶、盘碟、熨斗、钟表玻璃以及家用摆设，还有珠子、手镯、吊灯架、专用窗玻璃，珠宝匠所用放大镜等。
在日常生活中最具文明意义的便是用玻璃制作眼镜。
制作眼镜需两个基础，一是眼镜材料即玻璃的生产技术，二是对光学原理的探讨。古希腊物理学家阿基米德早就对光学原理有深入研究，人们都熟知他用聚光镜烧毁罗马兵船的故事。光在水中的折射作用，也早为人们所认知。古希腊的托勒密，阿拉伯的阿尔哈琴，都专门探讨过。中世纪西欧在光学应用方面的开山祖，当推牛津大学校长格罗塞特斯特。他注意到了玻璃形状的不同对光的折射也不一样，即透镜能把小物件变大，远东西变近。他还运用折射原理揭示彩虹七种颜色的形成，发现光线通过球体透镜时产生双重折射的原理。
将光学原理通过玻璃实物应用于日常生活，始于格罗塞特斯特的学生——13世纪英国著名哲学家罗哲尔·培根。他借助平凸镜探索了光线折射规律，开始试制望远镜。在他辞世时，眼镜已在意大利出现。1306年，修士吉尔丹诺称有人在20年前发明了眼镜，他见过这个发明者。因此眼镜的发明应不晚于1286年。14世纪起眼镜制作是威尼斯一大手工业部门，其行会法规中经常提到“眼镜片”字样。1316年文献提到一副盒装眼镜的售价。第一幅描绘眼镜的画，出现于1352年。
第一幅描绘眼镜的画，出现于1352年。
那到底是谁发明了眼镜？众说不一。事实上，当时玻璃制造已形成一种氛围，从玻璃广泛使用极易引向眼镜的诞生，玻璃工匠对此可能多有贡献，因此很难说眼镜是由谁单独发明。从词源研究，镜片(lens)是从扁豆(lentil)引申而来的，说明眼镜很可能是民间产物而非学界发明。
早期的眼镜都是为远视眼或老花眼服务的。那时候，老花眼远比近视眼多，而且制作老花镜的凸透镜也比较容易磨制。最初各种眼镜基本相似，将眼镜置于脸的中心，即视线的聚光点上，而不是眼睛中心。到了16世纪，开始制作出各种不同度数的眼镜。远视眼不能将焦距集中在近物体上，就可用一面凸面镜通过折射来自物体的光来调整焦距。相反，近视眼则可用一副凹面镜片。发明凹透镜片后，近视眼的矫正成为可能。1550年，便出现了最早的近视眼镜。
老花眼镜的发明使学者和工匠能将自己的创造活动延续更长。学者年老，本是最有思想、最富智慧的时期，然而视力下降使思想和智慧的发挥大受限制。读写虽可找助手代劳，但思想提炼往往在亲自的读写中最有成效。熟练工匠更是如此，眼镜使那些要求高的技术活仍可亲力亲为。近视眼镜的发明，让学者们受益无穷。他们长年累月伏案阅读和写作，眼睛易于疲劳而近视。眼镜作为一种特殊的人文关怀，使人类不再受自身缺陷局限，能更清楚地观察世界。因此制作眼镜的技术一出现，很快就风靡欧洲。一幅16世纪的画作对此有充分表现。画中，商人正在售卖眼镜，而街道上，几乎人人都在戴着眼镜看书、写字或做活。
△《显微图谱》（Micrographia），又译为《显微术》、《显微制图》。为17世纪中后期的著名科学家罗伯特·胡克所著，他在此书中对显微观察进行了系统的论述。
玻璃与近代科学技术兴起有一种说法，称欧洲文明的特征是科学。欧洲科技兴起于近代早期，这与玻璃技术的成熟正好同时。可以说，玻璃在近代欧洲科技兴起过程中的作用不可或缺。科学家进行科学实验，需要制作科学仪器和设备，由于需要观察容器内的变化和容量，因此制作实验用的仪器、烧杯、量杯，透明玻璃是最好的材料。法国思想家帕斯卡曾用家乡鲁昂所产长玻璃管做气压试验。伽利略的学生托里拆利也用玻璃管装上水银，测验气压。玻璃的折射功能也为光学研究所用，如分解白色光的三角棱玻璃柱体。
当然，对近代科技贡献最大的当属以制作显微镜和望远镜镜片。
显微镜和望远镜的问世，来自于科学研究的需要。从技术角度看，二者都是眼镜技术的延伸：正是镜片的出现，使人们意识到远的东西可以变近，小的东西可以变大。望远镜和显微镜的发明，使人类扩大自然视界，也是人类认识自然、驾驭自然的里程碑事件。
△16世纪后，随着天文学、医学、生物学及微生物学的发展，用于科学实验的光学仪器也不断地改进和翻新。显微镜就是在此需求上诞生的产物。而从技术发展角度看，它和望远镜的发明都是眼镜技术的一种延伸。
运用镜片放大物体的原理，古代就已有人知，如中世纪初阿拉伯的科学家就知道望远镜这种东西。英国自然科学家罗哲尔·培根曾预见性地认为，将透镜和凹镜组合起来，“可以从一个难以置信的距离，观察极小的字母，观察太阳、月亮和星星”。
16世纪，英国数学家狄哥斯等开始试做望远镜。意大利的波尔塔随后也在所著《自然之谜》中，论及将凸镜和凹镜结合来观望远处的方法，制作出放大一倍的望远镜。荷兰眼镜工匠利珀尔谢按照波尔塔的方法试制成功了第一架真正的实用望远镜，1608年向政府申请了专利权，而后这种仪器很快被派上军事用途。据说，利珀尔谢的作坊里有很多镜片样品，一天一个孩童在作坊里玩耍，拿着一镜片比划着橱窗中另一镜片，透过两层镜片观察，可以使远的东西变近，这让发明家因此获得了启发。
第二年意大利科学家伽利略了解到这个荷兰“发明”，制作了当时最具科学性的望远镜和显微镜。他的第一架望远镜是根2.9米长的管子，直径42厘米，装有一个凸透物镜，一个放大三倍的凹透视镜。伽利略曾在《星际使者》中描述了自己制作望远镜的过程。德国天文学家开普勒在《屈光学》中将伽利略望远镜称为“天文望远镜”。德国科学家沙伊纳按照开普勒建议，制作了一种有第三个凸透镜的望远镜，使倒像变成了正像。他用它观察到太阳黑子，他还将望远镜配上遮光玻璃，减低光的强度以保护眼睛。据说伽利略眼睛失明就是与使用望远镜时没有遮光装置有关。英国的惠更斯是第一架高倍数的天文望远镜的制造者。
△1609年，意大利天文学家、物理学家伽利略发明了人类历史上第一台天文望远镜。他将镜头对准了月球，这也是人类首次对月面进行科学观测。
早在古希腊就已有放大镜，即单显微镜。单显微镜在近代早期用于科学研究。它一端是透镜，另一端是平面玻璃，绰号“蚤镜”或“蝇镜”，多用于观察昆虫。复合显微镜约在16世纪出现于荷兰，发明者是眼镜工匠詹森。它由一个双凸透镜和一个双凹透镜组成，前者为物镜，后者是目镜，有一长镜筒。
伽利略是最先把复合显微镜用于科学工作的人，也是他将凸透镜和凹透镜结合起来。但伽利略所运用的凸透镜和凹透镜相结合的方法，却在制作高倍望远镜时暴露了缺陷。首先在工艺上，玻璃有裂缝，或成型不好，或抛光不好。再则球体镜片难以将光线投射到一个焦点上，像差使影像难以确切。第一个缺陷容易克服，只要制作者技艺够高超；而对克服球体镜片像差问题，笛卡儿和牛顿都做过探讨，却未成功。玻璃质量不高、裂缝和气泡太多也是一个障碍，这时，平面镜就开始取代透镜了。
△镜片的出现，使人们意识到远的东西可以变近，小的东西可以变大。而望远镜的问世，使人类扩大了自然视界，也是人类认识自然、驾驭自然的里程碑事件。
利用凸凹透镜片，是那时光学仪器制作的主要方法。将玻璃打磨成各种凸凹透镜片，是一项非常细致的工作。最初全是手工打磨，首先，要将镜片材料从玻璃上切割下来，再在工作台上打磨。工作台上安放了凹形金属盘，盘中撒上研磨粉，将镜片玻璃置于其中，按住转动，直至形成所需要的曲度。除专业工匠外，许多著名学者、科学家也从事过镜片磨制。如达·芬奇就研制过凹面镜打磨机。伽利略、托里拆利、笛卡儿、牛顿、惠更斯和列文虎克等，也都做过这种事情。著名哲学家斯宾诺莎，一辈子就靠打磨镜片为生。惠更斯还发明了打磨机械。天文学家哈维利乌斯设计了一种立式车床，转轴上的木盘可同时打磨几块镜片，改变转动方向既可加工凸透镜片，也可加工凹透镜片，大批量生产镜片由此成为可能。
伽利略和开普勒等用玻璃制作望远镜进行观察，坚持并发展了哥白尼的日心说，巩固了天文学作为欧洲第一个近代科学部门的地位。而显微镜的应用，则大大促进了人类对微观世界的认识。玻璃作为西方文明的代表性技术成果之一，为人类生活带来了巨大的便利。
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精彩版式呈现
本文节选自《文明》2014.11月刊
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