Стеклодувы похожи на волшебников. Они берут непрозрачный зернистый песок, добавляют нужные ингредиенты и посредством магии огня превращают всё это в красивое, прозрачное и гладкое на ощупь изделие. Переступая порог университетской стеклодувной мастерской, я словно попадаю в прошлое — в пещеру, полную замысловатых реторт, колб и клещей причудливой формы. Меня всегда восхищало происходящее в этом антураже преображение материала.
Представьте себе стеклодува из 1850 года. Он ничего не знает об атомах, но зарабатывает тем, что управляет миром невидимых частиц.
В песке атомы кремния и кислорода образуют жесткую кристаллическую решетку. При нагревании приблизительно до 1500 °С атомы становятся подвижными. Они по-прежнему связаны между собой, но более свободно. Расплавленное стекло излучает тепловую энергию и поэтому светится красным. Мастер набирает стеклодувной трубкой комок расплава — атомы кремния и кислорода в нем связаны между собой достаточно прочно, чтобы масса не стекала с конца трубки. Он дует в трубку — и напор воздуха превращает комок в пузырь.
Остывая, стекольная масса становится вязкой. Соприкасающиеся с воздухом слои стекла остывают быстрее, но масса между ними остается горячей, поэтому стеклодуву иногда приходится для дополнительного охлаждения погружать будущее изделие в воду.
Стеклодув вращает трубку, используя силу гравитации, чтобы равномерно распределить массу стекла. Потом он цепляет стеклянный пузырь к другой трубке. Тут может возникнуть необходимость снова его нагреть, чтобы масса, заключенная между более холодными и вязкими наружными слоями, оставалась достаточно текучей.
Теперь мастер быстро вращает трубку с пузырем на конце, и под действием центробежных сил пузырь приобретает форму диска. Стекло остывает и становится очень вязким, отдавая энергию окружающему пространству. Атомы при этом оказываются слишком малоподвижными, чтобы собраться обратно в кристаллическую решетку, — их взаиморасположение остается таким же, каким было в жидком состоянии.
Остыв, стекло перестает испускать красное свечение и делается прозрачным. Непосредственно перед тем, как оно совсем затвердеет, стеклодув отсоединяет трубку от диска, оставляя в его центре «глазок». Такие круглые стекла с «глазками» можно видеть в окнах старинных английских пабов.
Атомы в стекле расположены так же, как в жидкости, но на практике они никуда не текут. Чтобы оконное стекло превратилось в лужицу, нужно времени больше, чем существует наша Вселенная. Старинные оконные стекла утолщаются книзу не из-за текучести — их специально делали такими для лучшей защиты от дождя.
Стеклодувное дело требует огромного мастерства. Но, по сути, оно заключается в умении перемещать в нужном направлении атомы кремния и кислорода, регулируя нагревом скорость перемещения. Эта атомная магия внесла большой вклад в становление современного мира.