Why is glass transparent? - Mark Miodownik

Почему стекло прозрачное? — Марк Мёдовник

Переводчик: Ярослав Туров Редактор: Olga Dmitrochenkova

Take a look out your window,

Посмотри в окно,

put on your glasses if you wear them.

надень очки, если носишь их.

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

Если хочешь, возьми ещё и бинокль

or a magnifying lens.

или увеличительное стекло.

Now, what do you see?

Что ты видишь?

Well, whatever it is,

Что бы это ни было,

it's not the multiple layers of glass

это не слои стекла

right in front of you.

прямо перед тобой.

But have you ever wondered

Размышлял ли ты когда-нибудь,

how something so solid can be so invisible?

как что-то настолько твёрдое может быть невидимым?

To understand that,

Чтобы понять это,

we have to understand what glass actually is,

разберёмся, что есть стекло на самом деле,

and where it comes from.

и как оно появляется.

It all begins in the Earth's crust,

Всё зарождается в земной коре,

where the two most common elements are

два самых распространённых вещества которой —

silicon and oxygen.

кремний и кислород.

These react together to form silicon dioxide,

Реагируя друг с другом, они образуют диоксид кремния,

whose molecules arrange themselves

молекулы которого выстраиваются

into a regular crystalline form known as quartz.

в правильную кристаллическую решётку, известную как кварц.

Quartz is commonly found in sand,

Обычно кварц можно найти в песке,

where it often makes up most of the grains

он составляет бóльшую его часть

and is the main ingredient in most type of glass.

и является основной составляющей большинства видов стекла.

Of course, you probably noticed that glass

Конечно, ты заметил, что стекло

isn't made of multiple tiny bits of quartz,

не сделано просто из нескольких кусочков кварца,

and for good reason.

и на то есть причины.

For one thing, the edges of the rigidly formed grains

Во-первых, грубые края песчинок

and smaller defects within the crystal structure

и более мелкие дефекты в кристаллической структуре

reflect and disperse light that hits them.

отражают и рассеивают свет, падающий на них.

But when the quartz is heated high enough

Но при достаточно сильном нагреве

the extra energy makes the molecules vibrate

дополнительная энергия заставляет молекулы вибрировать,

until they break the bonds holding them together

пока связи между ними не рушатся,

and become a flowing liquid,

превращая их в текучую жидкость

the same way that ice melts into water.

так же, как лёд, тая, превращается в воду.

Unlike water, though, liquid silicon dioxide

Однако в отличие от воды, жидкий диоксид кремния,

does not reform into a crystal solid when it cools.

охлаждаясь, не становится вновь кристаллом.

Instead, as the molecules lose energy,

Наоборот, теряя энергию,

they are less and less able

молекулы теряют и способность

to move into an ordered position,

упорядоченно выстраиваться.

and the result is what is called an amorphous solid.

Результат процесса называют аморфным телом —

A solid material with the chaotic structure of a liquid,

твёрдый материал с хаотичной структурой жидкости,

which allows the molecules to freely fill in any gaps.

позволяющей молекулам заполнить любые пустые промежутки.

This makes the surface of glass uniform

Благодаря этому поверхность стекла однородна

on a microscopic level,

на микроскопическом уровне.

allowing light to strike it

Это даёт возможность свету, падая на стекло,

without being scattered in different directions.

не рассеиваться в разных направлениях.

But this still doesn't explain

Но это ещё не объясняет,

why light is able to pass through glass

почему свет проходит сквозь стекло,

rather than being absorbed as with most solids.

а не поглощается, как это происходит с большинством твёрдых тел.

For that, we need to go all the way down

Чтобы разобраться, изучим в деталях

to the subatomic level.

субатомный уровень.

You may know that an atom consists of a nucleus

Ты, вероятно, знаешь, что атом состоит из ядра

with electrons orbiting around it,

и электронов, вращающихся на его орбите,

but you may be surprised to know

но ты можешь удивиться, узнав,

that it's mostly empty space.

что бóльшая его часть — пустое пространство.

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

На самом деле, если бы атом был размером со стадион,

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

ядро было бы горошиной в его центре,

while the electrons would be like grains of sand

а электроны — песчинками

in the outer seats.

на задних местах.

That should leave plenty of space

Таким образом, есть много пространства,

for light to pass through

через которое может пройти свет,

without hitting any of these particles.

не задевая ни одну из этих частиц.

So the real question is not

Так что вопрос на самом деле в том,

why is glass transparent,

почему стекло прозрачно,

but why aren't all materials transparent?

а другие материалы — нет?

The answer has to do with the different energy levels

Ответ кроется в разных энергетических уровнях,

that electrons in an atom can have.

на которых могут находиться электроны в атоме.

Think of these as different rows of seats

Представь себе это, как разные ряды мест

in the stadium stands.

на стадионе.

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

Первоначально электрону предписано сидеть в определённом ряду,

but it could jump to a better row,

но он может перепрыгнуть на ряд получше,

if it only had the energy.

если только у него достаточно энергии.

As luck would have it,

Если повезёт,

absorbing one of those light photons

поглощение одного из тех фотонов света,

passing through the atom can provide

что проходят сквозь атом, может снабдить

just the energy the electron needs.

электрон достаточной энергией.

But there's a catch.

Но есть загвоздка.

The energy from the photon

Энергия фотона

has to be the right amount

должна быть правильной величины,

to get an electron to the next row.

чтобы перевести электрон на следующий ряд.

Otherwise, it will just let the photon pass by,

Иначе фотон просто пролетит мимо,

and it just so happens that in glass,

что и случается внутри стекла,

the rows are so far apart

в котором ряды настолько далеки друг от друга,

that a photon of visible light

что фотон видимого света

can't provide enough energy for an electron

не может обеспечить электрон достаточной энергией,

to jump between them.

чтобы перепрыгнуть между ними.

Photons from ultraviolet light, on the other hand,

В тоже время фотоны ультрафиолета

give just the right amount of energy,

обладают необходимым количеством энергии

and are absorbed,

и поглощаются,

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

поэтому ты не можешь загореть через стекло.

This amazing property of being both

Это удивительное свойство — быть одновременно

solid and transparent has given glass many uses

твёрдым и прозрачным — позволило стеклу иметь широкое применение

throughout the centuries.

на протяжении столетий.

From windows that let in light

От окон, впускающих свет,

while keeping out the elements,

но защищающих от других стихий,

to lenses that allow us to see both

до линз, позволяющих увидеть

the vast worlds beyond our planet,

и огромные миры за пределами нашей планеты,

and the tiny ones right around us.

и мельчайшие прямо вокруг нас.

It is hard to imagine

Тяжело представить

modern civilization without glass.

современную цивилизацию без стекла.

And yet for such an important material

Но даже несмотря на важность этого материала,

we rarely think about glass and its impact.

мы редко думаем о стекле и его роли.

It is precisely because the most important

Всё потому, что самое главное

and useful quality of glass is

и полезное свойство стекла —

being featureless and invisible

быть незаметным, быть невидимым.

that we often forget that it's even there.

Вот почему мы так часто забываем, что оно существует.