Why is glass transparent? - Mark Miodownik

Warum ist Glas durchsichtig? - Mark Miodownik

Übersetzung: Johannes Duschner Lektorat: Angelika Lueckert Leon

Take a look out your window,

Schau aus Deinem Fenster

put on your glasses if you wear them.

und setze Deine Brille auf, wenn Du eine trägst.

You might want to grab a pair of binoculars, too,

Vielleicht möchtest Du Dir auch ein Fernglas oder eine Lupe greifen.

or a magnifying lens.

Now, what do you see?

Was siehst Du jetzt?

Well, whatever it is,

Was es auch immer ist,

it's not the multiple layers of glass

es sind nicht die mehreren Glasschichten

right in front of you.

direkt vor Dir.

But have you ever wondered

Hast Du Dich jemals gefragt,

how something so solid can be so invisible?

wie so etwas Hartes unsichtbar sein kann?

To understand that,

Um das zu verstehen,

we have to understand what glass actually is,

muss man begreifen, was Glas tatsächlich ist

and where it comes from.

und woher es kommt.

It all begins in the Earth's crust,

Alles beginnt in der Erdkruste,

where the two most common elements are

wo die Elemente Silizium und Sauerstoff am häufigsten vorkommen.

silicon and oxygen.

These react together to form silicon dioxide,

Beide reagieren miteinander und bilden Siliziumdioxyd,

whose molecules arrange themselves

dessen gleichmäßige Anordnung der Moleküle in kristalliner Form

into a regular crystalline form known as quartz.

auch Quartz genannt wird.

Quartz is commonly found in sand,

Quartz findet sich üblicherweise in Sand,

where it often makes up most of the grains

wobei er oft den größten Anteil hat,

and is the main ingredient in most type of glass.

und der Hauptbestandteil der meisten Glasarten ist.

Of course, you probably noticed that glass

Gewiss hast Du vermutlich bemerkt,

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

dass Glas nicht aus vielen winzigen Quartzstücken besteht;

and for good reason.

und das aus gutem Grund.

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

Zum einen wird das auftreffende Licht von den Rändern der starren Körner

and smaller defects within the crystal structure

und kleineren Fehlern der Kristallstruktur reflektiert und gestreut.

reflect and disperse light that hits them.

But when the quartz is heated high enough

Wird der Quartz aber heiß genug erhitzt,

the extra energy makes the molecules vibrate

lässt die zusätzliche Energie die Moleküle schwingen

until they break the bonds holding them together

bis die Molekülbindungen aufbrechen

and become a flowing liquid,

und er auf die gleiche Weise flüssig wird, wie Eis zu Wasser zerschmilzt.

the same way that ice melts into water.

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

Flüssiges Siliziumdioxyd nimmt anders als Wasser

does not reform into a crystal solid when it cools.

keine Kristallstruktur mehr an, wenn es abkühlt.

Instead, as the molecules lose energy,

Stattdessen sind die Moleküle, während sie Energie verlieren,

they are less and less able

immer weniger in der Lage, eine geordnete Lage zu erreichen,

to move into an ordered position,

and the result is what is called an amorphous solid.

was einen sogenannten amorphen Feststoff zur Folge hat.

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

Ein festes Material mit der chaotischen Struktur einer Flüssigkeit,

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

die es den Molekülen ermöglicht, jede Lücke ungehindert aufzufüllen.

This makes the surface of glass uniform

Die Oberfläche des Glases wird dadurch auf mikroskopischer Ebene gleichförmig,

on a microscopic level,

allowing light to strike it

wodurch das Licht auftreffen kann,

without being scattered in different directions.

ohne in verschiedene Richtungen gestreut zu werden.

But this still doesn't explain

Aber das erklärt noch immer nicht,

why light is able to pass through glass

warum Licht Glas passieren kann,

rather than being absorbed as with most solids.

statt wie von den meisten Feststoffen verschluckt zu werden.

For that, we need to go all the way down

Dazu müssen wir uns auf die subatomare Ebene begeben.

to the subatomic level.

You may know that an atom consists of a nucleus

Du weißt vielleicht, dass ein Atom aus einem Kern besteht,

with electrons orbiting around it,

der von Elektronen umkreist wird,

but you may be surprised to know

aber es wird Dich überraschen zu erfahren,

that it's mostly empty space.

dass der Zwischenraum leer ist.

In fact, if an atom were the size of a sports stadium,

Hätte das Atom die Größe eines Stadiums,

the nucleus would be like a single pea in the center,

wäre der Kern wie eine Erbse im Zentrum,

while the electrons would be like grains of sand

während die Elektronen Sandkörner auf den äußeren Sitzreihen wären.

in the outer seats.

That should leave plenty of space

Das sollte dem Licht viel Platz zum Durchqueren lassen,

for light to pass through

without hitting any of these particles.

ohne auf irgendein Teilchen zu treffen.

So the real question is not

Die eigentliche Frage ist also nicht,

why is glass transparent,

but why aren't all materials transparent?

warum Glas durchsichtig ist,

sondern warum es nicht alle anderen Materialien auch sind?

The answer has to do with the different energy levels

Die Antwort dreht sich um die Elektronen mit ihren verschiedenen Energieniveaus.

that electrons in an atom can have.

Stell sie Dir in einem Stadium als unterschiedliche Sitzreihen vor.

Think of these as different rows of seats

in the stadium stands.

An electron is initially assigned to sit in a certain row,

Anfangs ist einem Elektron ein Sitzplatz in einer bestimmten Reihe zugewiesen,

but it could jump to a better row,

es kann aber in eine bessere Reihe wechseln,

if it only had the energy.

wenn es die Energie dazu hat.

As luck would have it,

Wie es der Zufall wollte,

absorbing one of those light photons

kann ein Lichtphoton, das das Atom durchquert,

passing through the atom can provide

just the energy the electron needs.

gerade die Energie liefern, die ein Elektron benötigt.

But there's a catch.

Aber es gibt einen Haken.

The energy from the photon

Die richtige Energiemenge des Photons ist nötig,

has to be the right amount

to get an electron to the next row.

damit ein Elektron in die nächste Reihe wechselt.

Otherwise, it will just let the photon pass by,

Andernfalls wird das Photon einfach durchgelassen,

and it just so happens that in glass,

genauso wie das im Glas passiert.

the rows are so far apart

Die Reihen sind soweit auseinander,

that a photon of visible light

dass ein Photon sichtbaren Lichts

can't provide enough energy for an electron

ausreichend Energie für ein Elektron liefern kann,

to jump between them.

damit es zwischen beiden springt.

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

Andererseits liefern Photonen des ultravioletten Lichts

give just the right amount of energy,

genau die richtige Menge Energie

and are absorbed,

und werden absorbiert,

which is why you can't get a suntan through glass.

weshalb man hinter Glas keine Sonnenbräune bekommt.

This amazing property of being both

Wegen der erstaunlichen Eigenschaft, sowohl fest als auch durchsichtig zu sein,

solid and transparent has given glass many uses

wurde Glas über die Jahrhunderte vielfältig eingesetzt.

throughout the centuries.

From windows that let in light

Von lichtdurchlässigen Fenstern,

while keeping out the elements,

die die Elemente draußen halten,

to lenses that allow us to see both

bis zu Linsen, die es ermöglichen,

the vast worlds beyond our planet,

die weite Welt jenseits unseres Planeten

and the tiny ones right around us.

und die winzigen um uns herum zu betrachten.

It is hard to imagine

Die moderne Zivilisation ist ohne Glas schwer vorstellbar.

modern civilization without glass.

And yet for such an important material

Trotz der Bedeutung des Materials

we rarely think about glass and its impact.

denken wir kaum über Glas und seinen Einfluss nach.

It is precisely because the most important

Genau deshalb, weil die wichtigste und nützlichste Eigenschaft von Glas ist,

and useful quality of glass is

being featureless and invisible

strukturlos und unsichtbar zu sein,

that we often forget that it's even there.

sodass wir oft vergessen, dass es überhaupt da ist.