在人类科学发展的漫漫历程中，存在着一个极为令人费解的悖论，那便是玻璃，它居然是透明的！
你自己都没有意识到这有多反常。看看周围，除了玻璃，你还能看到什么透明的东西吗？
在塑料问世之前，玻璃几乎是唯一常见的透明固体。它不像钻石、水晶那样稀有，也不像冰一样会轻易融化，它具备恰到好处的硬度，并且能够被加工成此种形状。
这些完美的性质甚至让它成为了人类文明进步和科学革命的基础。但你每天看向窗外的时候，有没有想过玻璃为什么是透明的呢？
一块玻璃，它看着是透明的对吧？如果打开某手机的防晒检测模式，用它对准玻璃，这玻璃变黑了？
对准这张纸，玻璃后面的字竟然也看不见了，奇怪呀，难道说透明的玻璃也可以不透明吗？
再看着更诡异的啊，这是个黑色垃圾袋，它是不透明的吧？在我们掏出红外成像仪时，竟然就能轻松看透垃圾袋里都装了些什么。
在在红外线下，透色垃圾袋就像不存在一样，这么看不透明的黑色垃圾袋也可以是透明，所以说透明是个辩证的概念，关键是看对什么光。透明垃圾袋在可见光下不透明，但对红外光就很透明。玻璃在可见光下透明，但对紫外光就不透明。
如果有一个只能看见紫外线的外星生物，它近视了就千万不能配玻璃眼镜。
所以玻璃真正特殊的地方在于，为什么在我们人类眼中几乎只有玻璃是透明的呢？
一束光打在物体上，有反射、吸收、透过三种结局，物体反射吸收的光越多，透过的光就越少，看着就不透明，大部分物体都会反射光，这才让世界丰富多彩。
金属表面都闪耀着光泽，就是因为太能反射了，镜子就是靠表面镀的那层银的反射，让你欣赏自己的美貌。
即使光突破了表面，进入的物体中也大概率被吸收掉。因为世界上大部分看着很均匀的东西都由一个个小颗粒堆成，在微观上并不均匀，很难对齐颗粒度，光进入物体内部就会被散射来散射去，最后就被吸收了，所以世界上大部分物体都不透明。
但玻璃和大家都不一样，它既不太反射光，也不太吸收光，可见光遇到玻璃就像没看见一样，直接从它原子中间穿过去了。
为什么玻璃不会吸收可见光呢？这就要用到电子跃迁原理了。物质里面有分子，分子里有原子，原子里有电子，电子有自己的能级。电子平时只在低能级。
如果一束光提供的能量刚好能让电子从低能级跃迁到高能级，电子就会吸收光，并且跳到高能级，而且电子很傲娇，能量太高的光和太低的光它都不要。只有能量恰恰好等于这个能级的光，它才愿意吸收。
这就像是一个特殊的英语考试，老师宣布只有正好考到425分的同学可以过，比425高的低的都挂掉。
气体和液体基本都是这样，他们大致吸收特定波长的光，比如氧气吸收紫外线，而会透可见光，看着就是无色透明的。氯气喜欢吸收蓝光，透出了黄绿色。
但固体有些不一样。能带理论告诉我们，一个晶体里的电子的能量不再是一个个精确的能级，而是一条条宽泛的能带。只要光的能量大于2条能带的间隔，电子就愿意把这个光吸收了。这才像是正常的四级考试啊，超过425分我就得过。
在金属里电子能随便乱动，它就像一些固定的阳离子飘在电子的海洋里，电子可以随意流淌，所以金属的代隙直接就是零。也就是说，金属里的电子它不挑食，只要是个光我都要吸收。所以金属都是不透明的，而钻石、水晶、宝石、冰、盐之类的固体，它们的电子都处在共价键、离子键中的稳定的状态，需要很高的能量才能让他们动起来。
比如钻石的代隙是5.5eV，也就是至少5.5eV能量的光才能让钻石兴奋地吸收掉。冰的代隙是8.5eV，盐的代隙是8.5eV，但可见光的能量只有1.6~3.2eV，所以这些物质看到可见光根本懒得理它，它们看着就是透明的。
玻璃的主要成分是二氧化硅，代隙也很宽，差不多9eV，远远高于可见光的能量。可见光的能量远远不能让电子在玻璃中跃迁。
只有能量够高的紫外线，玻璃才会非常尊重的把它们吸收掉。这就是玻璃能透过可见光却吸收紫外线最根本的原因。
这个解释的背后还藏着一个大自然留给我们的惊喜。金属里的电子能随意运动，所以它吸收所有的光是不透明的。而金属的电子能随意运动也恰好说明它导电性强。钻石、玻璃的电子比较懒，它们不吸收光，所以是透明的。而电子比较懒也恰好说明它们是绝缘的。
所以我们甚至有一个非常惊人的结论，导电的固体大多是不透明的，透明的固体大多是绝缘的。这是非常Amazing啊。光学和电学中两个看似无关的性质，竟然有深邃的内在联系，是不是有一种一切尽在掌握的感觉呢？
有了能带理论，一切物质的颜色和透明度都有了完美的解释。所以玻璃也不是啥特别的东西，它跟钻石、宝石、冰、糖一样，只是因为带隙很宽，所以看着透明。
只是因为呢钻石买不起，宝石没多少，冰容易化，糖还要留着吃，玻璃才成为了最好用的透明固体。
你可能要说，哎呀，玻璃没啥神秘的，我已经看透它了。然而上面这一切解释其实是有问题的，因为我们根本不知道玻璃哪来的能带，晶体才有能带，玻璃这玩意它根本就不是个晶体啊。
翻开大学物理书，他告诉我们，能带理论是从晶体推出来的。翻开初中化学书，他说，固体分为两种，晶体和非晶体。晶体又分分子晶体、原子晶体、离子晶体和金属，而玻璃是最标准的非晶体。
为什么是不是晶体的区别如此重要呢？因为秩序，晶体是非常有秩序的，晶体的有序赋予了我们推导他性质的资格。
然而玻璃内部是不规则的二氧化硅长链组成的连续随机的四面体，网络中镶嵌着钠、钾、钙离子的短程有序、长程无序的混乱结构。理论上讲我们不应该用能带理论来解释结构无序的玻璃，所以对玻璃透明的解释也只能暂且用玻璃其实是由很多微小的晶体来解释。
1932年，扎卡里亚森提出了玻璃的第一个结构模型，直到今天，仍然没有人敢拍着胸脯说，我懂什么是玻璃。
有人说它是固态，有人说它是液态，科学家们单独为它定义了一个玻璃态。2005年Science杂志创刊125周年之际，提出了125个最重要的科学问题，其中就有玻璃态究竟是个什么？
看看和他并列的问题都是什么？我们的宇宙唯一嘛？时间和其他的维度有什么不一样？
5000年前，古埃及人把纯碱和沙子混合，烧出了第一块人造玻璃。
2000年前，汉代人烧出仿玉的玻璃，为贵族下葬时披上铜缕琉璃衣。
1000年前，中世纪的欧洲教堂用彩绘玻璃作画的装饰一时间蔚然成风。
400年前，科学先贤们利用玻璃的透明和化学惰性，为人类打开了启蒙之窗。
如果没有玻璃，就没有望远镜探索宇宙，没有显微镜揭示微观，没有我们手里的手机，甚至会没有生化环材专业。
玻璃的意外问世助推了科学的前行，科学的演进又促使人们对玻璃展开探究。而在科学如此发达的当下，回看这位伴随了我们数千年的旧友。我们竟然只能发出一问：“你究竟是谁？”我们现今仍难以洞悉其本质，但这并不妨碍我们透过它来看世界。
