Why is glass transparent? - Mark Miodownik

Dlaczego szkło jest przezroczyste? - Mark Miodownik

Tłumaczenie: Anna Michalak Korekta: Rysia Wand

Take a look out your window,

Spójrz przez okno,

put on your glasses if you wear them.

załóż okulary, jeśli nosisz.

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

Jak chcesz, to możesz wziąć też lornetkę

or a magnifying lens.

albo szkło powiększające.

Now, what do you see?

No i co teraz widzisz?

Well, whatever it is,

Z całą pewnością

it's not the multiple layers of glass

nie są to liczne warstwy szkła

right in front of you.

tuż przed twoim nosem.

But have you ever wondered

Ale czy kiedyć zastanawiało cię,

how something so solid can be so invisible?

jak coś tak stałego może być tak niewidoczne?

To understand that,

Żeby to pojąć,

we have to understand what glass actually is,

musimy zrozumieć, czym właściwie jest szkło

and where it comes from.

i skąd się bierze.

It all begins in the Earth's crust,

Wszystko zaczyna się w skorupie ziemskiej,

where the two most common elements are

gdzie dwa najczęściej występujące elementy

silicon and oxygen.

to krzem i tlen.

These react together to form silicon dioxide,

Wchodzą one w reakcję, tworząc dwutlenek krzemu,

whose molecules arrange themselves

którego molekuły samoistnie układają się

into a regular crystalline form known as quartz.

w regularną formę krystaliczną, znaną jako kwarc.

Quartz is commonly found in sand,

Kwarc można znaleźć w piasku,

where it often makes up most of the grains

gdzie stanowi większość ziarenek

and is the main ingredient in most type of glass.

i jest głównym składnikiem większości rodzajów szkła.

Of course, you probably noticed that glass

Z pewnością widzisz, że szkło

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

nie składa się z wielu małych kawałków kwarcu,

and for good reason.

i nie bez powodu.

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

Po pierwsze, krawędzie regularnie ukształtowanych ziaren

and smaller defects within the crystal structure

i małe nieregularności wewnątrz struktury krystalicznej

reflect and disperse light that hits them.

odbijają i rozpraszają światło, które na nie pada.

But when the quartz is heated high enough

Jeśli jednak kwarc odpowiednio podgrzejemy,

the extra energy makes the molecules vibrate

temperatura wprawia molekuły w drgania,

until they break the bonds holding them together

aż do zerwania łączących ich wiązań

and become a flowing liquid,

i zmiany w ciecz.

the same way that ice melts into water.

Tak samo lód zmienia się w wodę.

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

Jednak w przeciwieństwie do wody, płynny dwutlenek krzemu

does not reform into a crystal solid when it cools.

nie zmienia się z powrotem w ciało krystaliczne w miarę stygnięcia.

Instead, as the molecules lose energy,

Kiedy cząsteczki tracą energię,

they are less and less able

stopniowo tracą umiejętność

to move into an ordered position,

poruszania się w ustalonej pozycji,

and the result is what is called an amorphous solid.

a efekt ten nazywamy ciałem amorficznym.

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

Jest to ciało stałe z chaotyczną strukturą cieczy,

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

która pozwala molekułom swobodnie uzupełniać wolną przestrzeń.

This makes the surface of glass uniform

Przez to powierzchnia szkła jest jednolita

on a microscopic level,

na poziomie mikroskopowym,

allowing light to strike it

przepuszczając światło

without being scattered in different directions.

bez rozpraszania go w różnych kierunkach.

But this still doesn't explain

Ale to wciąż nie wyjaśnia

why light is able to pass through glass

dlaczego szkło przepuszcza światło,

rather than being absorbed as with most solids.

zamiast pochłonąć je, jak większość ciał stałych.

For that, we need to go all the way down

W tym celu musimy przejść

to the subatomic level.

do poziomu subatomowego.

You may know that an atom consists of a nucleus

Pewnie już wiesz, że atom składa się z jądra

with electrons orbiting around it,

i krążących wokół elektronów,

but you may be surprised to know

ale może cię zaskoczy,

that it's mostly empty space.

że to w dużej mierze pusta przestrzeń.

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

Gdyby atom był wielkości stadionu,

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

jądro przypominałoby ziarnko grochu w jego samym centrum,

while the electrons would be like grains of sand

a elektrony byłyby niczym ziarnka piasku

in the outer seats.

wysoko na trybunach.

That should leave plenty of space

To powinno dać światłu dużo miejsca,

for light to pass through

without hitting any of these particles.

żeby mogło przenikać

bez trafiania w żadną z tych cząstek.

So the real question is not

Prawidłowym pytaniem nie jest więc,

why is glass transparent,

dlaczego szkło jest przezroczyste,

but why aren't all materials transparent?

ale dlaczego inne materiały nie są?

The answer has to do with the different energy levels

Odpowiedź dotyczy różnych poziomów energii,

that electrons in an atom can have.

które mogą posiadać elektrony w atomie.

Think of these as different rows of seats

Pomyśl o tym jak o różnych rzędach

in the stadium stands.

na trybunach stadionu.

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

Pierwotnie elektron jest przydzielony do konkretnego rzędu,

but it could jump to a better row,

ale mógłby przeskoczyć na lepszy,

if it only had the energy.

gdyby tylko miał energię.

As luck would have it,

Traf chciał, że pochłonięcie

absorbing one of those light photons

jednego z fotonów światła przenikającego przez atom

passing through the atom can provide

może dostarczyć właśnie tyle energii,

just the energy the electron needs.

ile potrzebuje elektron.

But there's a catch.

Ale jest mały haczyk.

The energy from the photon

Energia z fotonu

has to be the right amount

musi być wystarczająco duża,

to get an electron to the next row.

aby przenieść elektron do kolejnego rzędu.

Otherwise, it will just let the photon pass by,

Inaczej foton go ominie.

and it just so happens that in glass,

Tak właśnie się dzieje w szkle,

the rows are so far apart

gdzie rzędy są na tyle daleko,

that a photon of visible light

że energia dostarczna przez foton widocznego światła

can't provide enough energy for an electron

nie wystarcza elektronowi

to jump between them.

na przeskoczenie rzędu.

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

Jednakże fotony światła ultrafioletowego

give just the right amount of energy,

dostarczają odpowiednią ilość energii

and are absorbed,

i są pochłaniane.

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

Z tego powodu nie można opalić się przez szkło.

This amazing property of being both

To, że szkło może być zarówno stałe jak i przezroczyste,

solid and transparent has given glass many uses

daje mu przez wieki wiele zastosowań.

throughout the centuries.

From windows that let in light

Od okien, które wpuszczają światło,

while keeping out the elements,

jednocześnie chroniąc przed żywiołami,

to lenses that allow us to see both

do soczewek, które pozwalają nam widzieć

the vast worlds beyond our planet,

i światy poza naszą planetą

and the tiny ones right around us.

i drobiazgi na niej.

It is hard to imagine

Trudno sobie wyobrazić

modern civilization without glass.

współczesną cywilizację bez szkła.

And yet for such an important material

A jednak choć to tak ważne tworzywo,

we rarely think about glass and its impact.

rzadko zastanawiamy się nad szkłem i jego działaniem.

It is precisely because the most important

Właśnie dlatego, że najważniejszą

and useful quality of glass is

i najbardziej pożyteczna cechą szkła

being featureless and invisible

jest brak cech charakterystycznych i przezroczystość,

that we often forget that it's even there.

często zapominamy o jego istnieniu.