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現(xiàn)代玻璃材料科學(xué)之父——奧托·肖特

2018-05-25 來源:《現(xiàn)代物理知識》雜志

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  正是在這樣的背景下,肖特給阿貝寫了上述信件。阿貝對肖特寄來的玻璃樣品做了相應(yīng)的檢驗(yàn)后,回信說道,該富鋰玻璃在光學(xué)性能上并不比其他玻璃優(yōu)異,不過,卻具有較高的均勻度,此種均勻度甚至連當(dāng)時(shí)很好的玻璃廠也無法做到。肖特的此次主動詢問無論如何引起了阿貝對他的注意,事實(shí)上,此時(shí)的蔡司公司正遇到了技術(shù)瓶頸,他們所生產(chǎn)的光學(xué)儀器的性能已無法進(jìn)一步提升,其原因就在于缺乏可以勝任的玻璃,要知道,玻璃可是光學(xué)儀器的核心部件。在玻璃供應(yīng)方面,蔡司公司沒有自己的生產(chǎn)加工廠,完全依靠從外部買進(jìn),而當(dāng)時(shí)世界上沒有一家工廠可以生產(chǎn)出滿足蔡司公司為提升光學(xué)儀器性能而需要的特種玻璃。阿貝考慮到,既然肖特精通玻璃化學(xué),可以讓他嘗試先以

  實(shí)驗(yàn)的方式制備出一些新型玻璃,看看性能如何。1881年1月,肖特和阿貝在耶拿碰面,制訂了合作計(jì)劃,肖特將通過改變玻璃的化學(xué)組成,力圖得到符合蔡司公司要求的光學(xué)性能優(yōu)異的新型玻璃。他分別試驗(yàn)了磷酸玻璃,硼酸玻璃,硅酸玻璃和硼硅酸玻璃,經(jīng)歷了多次失敗后,終于在制備第93號樣品時(shí)得到了令人滿意的結(jié)果。

  雙方的合作取得重大進(jìn)展后,肖特于1882年1月移居耶拿,開始了與蔡司公司的高層度合作。同年3月,阿貝和肖特將研究結(jié)果遞交給費(fèi)斯特(W.Foerster),后者是柏林天文臺臺長和德國高等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量委員會會長。經(jīng)費(fèi)斯特的推薦,普魯士文化部決定全力資助肖特的研究,但同時(shí)要求肖特解決當(dāng)時(shí)的一個棘手問題——溫度計(jì)零點(diǎn)誤差。肖特很快找到問題所在,發(fā)現(xiàn)如果玻璃中同時(shí)含有鉀和

  鈉,就會產(chǎn)生零點(diǎn)誤差。1884年,肖特通過改變配方,成功制造出所謂溫度計(jì)標(biāo)準(zhǔn)玻璃,大大提高了溫度計(jì)的準(zhǔn)確度。1885年7月23日,肖特、阿貝和蔡司父子在耶拿正式成立肖特及同伴玻璃技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,后來發(fā)展為肖特及同伴玻璃廠以及今天的肖特股份公司。蔡司、阿貝和肖特之間相互合作、相互信任,不畏艱難共同開辟玻璃材料新領(lǐng)域的成功故事,已被作為科學(xué)技術(shù)史上的經(jīng)典佳話而廣為傳誦。2016年9月11日,值蔡司200年誕辰之際,耶拿市舉辦了卡爾·蔡司日的專題活動,活動期間,特意給前來參觀的市民們制作并贈送了蔡司、阿貝和肖特的紀(jì)念牌(圖3)。

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  圖3耶拿三杰(上為蔡司,左下為阿貝,右下為肖特)

  從實(shí)驗(yàn)室到股份公司——帶領(lǐng)現(xiàn)代玻璃材料

  1886年,肖特的實(shí)驗(yàn)室已能生產(chǎn)四十多種光學(xué)玻璃以及上文提到的新型溫度計(jì)玻璃,名曰“耶拿標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)玻璃”,這種玻璃含元素鋰,幾乎不受熱膨脹影響,是理想的溫度計(jì)材料。肖特和蔡司公司的緊密合作很快使得所生產(chǎn)的特種玻璃種類迅速擴(kuò)充,包括各種耐熱,耐壓,抗腐蝕玻璃和滿足特殊要求的光學(xué)玻璃和醫(yī)用玻璃,為肖特贏得了世界聲譽(yù)。到1900年,產(chǎn)品已有一半銷往國外,肖特的玻璃成為許多領(lǐng)域不可或缺的材料。1規(guī)格年,推出高等家用耐熱玻璃,后以商品名Jenaer Glas®(耶拿玻璃)在市場上銷售,成為玻璃材料中的經(jīng)典品牌。1920年,肖特及同伴玻璃技術(shù)實(shí)驗(yàn)室更名為肖特及同伴玻璃廠。肖特自己于1926年退休,1935年8月27日,在耶拿去世。

  二戰(zhàn)之后,美國為了防范當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)獲取技術(shù)資料,將肖特廠很重要的高職人員和玻璃相關(guān)人士遷往德國西南部(人稱“41個玻璃工的遷移”),他們于1950年開發(fā)出有名的實(shí)驗(yàn)室玻璃品牌DURAN®。如今,DURAN®玻璃儀器在德國高校和研究所仍得以普遍使用。1952年,新肖特廠在西德的美因茨成立,而留在耶拿的老肖特廠在東德依然被保留。東、西德合并前,新老肖特廠同時(shí)存在并彼此單獨(dú)運(yùn)營(蔡司廠也經(jīng)歷同樣的命運(yùn))。東、西德合并后,西德肖特接管東德肖特,從此肖特玻璃廠又恢復(fù)成一家,總部在美因茨。2004年,肖特玻璃廠正式更名為肖特股份公司。今天,位于耶拿的廠區(qū)依然保留著當(dāng)年肖特住過的房子,里面的照片和實(shí)物生動展示了肖特的生平和肖特廠的歷史(圖4)。除此之外,廠區(qū)內(nèi)還建有一座現(xiàn)代化的玻璃博物館,參觀者可以學(xué)習(xí)到不少關(guān)于玻璃材料的知識。該博物館設(shè)計(jì)得頗為精良,里面不但有大量的文字圖片和實(shí)物展示,而且還有不少多媒體演示設(shè)備,旁邊的開關(guān)被精心地制作成玻璃沙漏,參觀者將沙漏翻轉(zhuǎn)180度,屏幕上即開始放映相應(yīng)的節(jié)目,同時(shí)沙漏里的沙開始掉落,沙掉落完畢,視頻也正好放完,下一個參觀者只需再次將沙漏翻轉(zhuǎn)180度,便又可以觀賞視頻了。而沙漏里的沙子意指玻璃材料的主要原材料——二氧化硅。十分難能可貴的是,該博物館和肖特故居均向公眾免費(fèi)公開。

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  圖4肖特故居(作者攝于耶拿)

  肖特成功之道——執(zhí)著+創(chuàng)新+主動

  回眸肖特的一生,他的成功除了家庭環(huán)境的影響以及阿貝和蔡司的幫助和合作等外部因素,筆者認(rèn)為,更重要的還是在于他自身的因素,總結(jié)起來,有如下幾點(diǎn):

  1)對自己從事的研究領(lǐng)域的執(zhí)著。肖特在萊比錫大學(xué)提交博士論文失敗,并飽受有名學(xué)者對其能力的多番指責(zé),可他沒有就此失去信心、停止腳步或是轉(zhuǎn)向其他領(lǐng)域,而是仍堅(jiān)持走自己的道路,繼續(xù)在玻璃制造領(lǐng)域進(jìn)行著前人未曾做過的科學(xué)探索。即使在無正式職位且對于未來沒有任何把握的情況下,依舊能夠堅(jiān)持在家中進(jìn)行玻璃研究,足以見得他對自己所從事領(lǐng)域的熱愛與追求。這樣的執(zhí)著精力可不是所有人都具有的。

  2)學(xué)科交叉型的創(chuàng)新思維。在肖特之前,玻璃制造是一個純技術(shù)領(lǐng)域,其生產(chǎn)工藝大都以傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),玻璃工匠和技術(shù)工人似乎從未想到過用科學(xué)方法來開發(fā)新型玻璃或改進(jìn)玻璃性能。另一方面,19世紀(jì)70年代歐洲的物理和化學(xué)學(xué)科發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一定的高度,而德國在自然科學(xué)的許多領(lǐng)域也已經(jīng)超越英國和法國,涌現(xiàn)出了一大批世界有名的科學(xué)家,但他們當(dāng)中卻很少有人將所掌握的科學(xué)知識運(yùn)用于玻璃制造。簡言之,當(dāng)時(shí)制造玻璃的人不懂科學(xué),懂科學(xué)的人不問津玻璃制造。肖特正是看到了問題之所在,憑借自己的知識與能力將兩個原先毫不相干的領(lǐng)域搭接起來,從而開創(chuàng)出了一片新的天地。

  3)主動尋找機(jī)遇。肖特為推廣自己的研究成果,主動將樣品寄給給物理學(xué)家阿貝,在此之前,他一定做過一番調(diào)查研究,認(rèn)為按阿貝當(dāng)時(shí)的工作領(lǐng)域和職位身份,尤其是他跟蔡司公司的關(guān)系,應(yīng)該會對新型玻璃產(chǎn)生興趣。后來果然不出其所料,得到阿貝和蔡司的重用,從而造就了科學(xué)史和企業(yè)史上的一段佳話。如果不是肖特當(dāng)年的主動出擊,歷史可能就是另一番景象。積較尋找機(jī)遇和創(chuàng)造機(jī)遇,這點(diǎn)對于那些盼望成功的人而言尤為重要。

  如今,德國耶拿市有以肖特命名的街道,耶拿大學(xué)也設(shè)有以肖特命名的材料研究所(圖5),當(dāng)年的老肖特廠依然作為肖特股份公司的一部分矗立在耶拿市內(nèi),與蔡司公司相隔不遠(yuǎn)(圖6)。肖特作為耶拿科技史上的三杰之一,獲得了這座城市對他的感激與尊敬。但筆者也明顯感覺到,當(dāng)今的德國民眾對科學(xué)史和技術(shù)史的興趣并不高,耶拿市中心曾舉辦過有關(guān)肖特公司和蔡司公司歷史的展覽,其中有很多制作精細(xì)和難得一見的科技和企業(yè)方面的史料,但參觀者寥寥可數(shù),而同樣的地方如果有繪畫展或攝影展,就會有一大堆人圍觀。之前提到的免費(fèi)公開的肖特故居和玻璃博物館,筆者曾多次拜訪,每次里面的參觀者都較為非常少,甚至除筆者外別無他人,雖然獨(dú)占館廳的感覺很好,但場面如此冷清不得不令人惋惜。這與當(dāng)前西方發(fā)達(dá)國家普遍興盛的反科技(尤其反化學(xué)化工)思維趨勢和所謂的環(huán)保主義(實(shí)為較端環(huán)保主義)不無關(guān)系。無論將來人類社會向怎樣的方向發(fā)展,奧托·肖特對現(xiàn)代玻璃材料所作的貢獻(xiàn)將作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展道路上的里程碑而永載史冊。

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  圖5耶拿大學(xué)奧托·肖特材料研究所

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  圖6耶拿市的蔡司公司樓(左)和相隔不遠(yuǎn)的肖特公司樓(右)

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