ลองมองดูหน้าต่างดีๆ จะหยิบแว่นขึ้นมาใส่ ใช้กล้องส่องทางไกลหรือแว่นขยายช่วยก็ได้นะ ตอนนี้คุณเห็นอะไร ไม่ว่าจะเป็นอะไรก็ตามมันไม่ใช่แค่ชั้นแก้วที่อยู่ตรงหน้าคุณแน่นอน แต่คุณเคยสงสัยไหมว่า สิ่งที่แข็งแบบนี้ใสทะลุปรุโปร่งได้อย่างไร เพื่อตอบคำถามนี้เราต้องเข้าใจก่อนว่า แก้วคืออะไร และแก้วนั้นมาจากไหน
ทั้งหมดเริ่มต้นที่ชั้นเปลือกโลกเราจะพบธาตุสองชนิดนี้บ่อยที่สุดคือธาตุซิลิคอนและออกซิเจน พวกมันทำปฏิญญากันเกิดเป็นซิลิโคนออกไซด์ มีการจัดเรียงโมเลกุลในรูปผลึกที่เป็นระเบียบเรียกว่า ควอตซ์ (Quartz)
ควอตซ์ พบได้ทั่วไปในทรายที่ซึ่งมันได้แตกสลายเป็นเม็ดเล็กๆ แล้วยังเป็นส่วนประกอบสำคัญในแก้วส่วนใหญ่ แน่นอนคุณอาจจะสังเกตเห็นว่า แก้วไม่ได้เกิดจากการรวมตัวของผลิตควอดซ์เม็ดเล็กๆ เหลี่ยมของเม็ดแข็งๆ และพวกตำหนิเล็กๆในโครงสร้างผลึก จะสะท้อนและกระจายแสงที่มากระทบมัน เมื่อผลึกควอตซ์ทำให้ร้อนถึงจุดหนึ่ง พลังงานจำนวนมากมาให้โมเลกุลเกิดการสั่น จนสลายพันธะที่เชื่อมระหว่างกันและกลายเป็นของเหลว เหมือนกับน้ําแข็งละลายเป็นน้ำ แต่ไม่เหมือนน้ำตรงที่ซิลิคอนไดออกไซด์เหลวจะไม่กลับไปเป็นผลึกแข่งอีกเมื่อเย็นตัว แต่ทว่าขณะที่โมเลกุลสูญเสียพลังงาน พวกมันจะยิ่งไม่สามารถกลับไปเรียนตัวอย่างเป็นระเบียบได้ ผลลัพธ์นี้เราเรียกมันว่าของแข็งอสัณฐาน เป็นของแข็งที่มีโครงสร้างไร้รูปแบบเช่นของเหลว ทำให้โมเลกุลไปเติมเต็มบริเวณที่ว่างได้อย่างอิสระ ที่ทำให้ผิวหน้าของแก้วเป็นเนื้อเดียวกันเมื่อมองดูจากกล้องจุลทรรศน์ ทำให้แสงที่มากระทบไม่แตกกระจายออกไป
แต่ยังคงไม่ใช่คำอธิบายว่าทำไมแสงถึงสามารถทะลุผ่านแก้วได้ แทนที่จะถูกดูดซับไปเหมือนของแข็งอื่นเรื่องนี้เราต้องเจาะลึกลงไปจนถึงระดับที่เล็กกว่าอะตอม คุณอาจจะรู้อยู่แล้วว่าอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสโดยมีอิเล็กตรอนโคจรอยู่รอบๆ คุณอาจจะแปลกใจถ้ารู้ว่าเกือบทั้งหมดนั้นเป็นที่ว่างเปล่าสมมติให้อะตอมมีขนาดเท่าสนามกีฬา นิวเคลียสจะเป็นเหมือนกับเม็ดถั่วตรงกลางสนาม ขณะที่อิเล็คตรอนเป็นเหมือนเม็ดทรายอยู่ตามที่นั่งรอบนอก มีที่ว่างมากมายแสงทะลุผ่านไปโดยไม่ต้องชนกับอนุภาคใดๆ แสดงว่าคำถามจริงๆจึงไม่ใช่ว่าทำไมแก้วถึงโปร่งใส แต่เป็นว่าทำไมวัตถุหนึ่งจึงไม่โปร่งใส คําตอบเกี่ยวกับระดับชั้นพลังงานที่แตกต่างกันที่อิเล็คตรอนในอะตอมจะมีได้ นึกถึงชั้นแถวเก้าอี้ในอัศจรรย์สนามกีฬา ตอนแรกอิเล็กตรอนจะถูกกำหนดให้อยู่ในแถวของมัน แต่มันสามารถข้ามไปแถวที่ดีกว่าได้ถ้ามีพลังงาน ถ้าโชคดีได้รับพลังงานจากอนุภาคแสงที่ผ่านเข้ามาในอะตอม ทำให้มันมีพลังงานระดับที่มันต้องการ สิ่งที่สำคัญก็คือพลังงานจากอนุภาคแสงต้องมีเพียงพอสำหรับอิเล็กตรอนเพื่อข้ามไปแถวถัดไปได้ มิฉะนั้นอนุภาคแสงก็จะแค่ผ่านไปเฉยๆ ซึ่งตั้งแต่สิ่งที่เกิดขึ้นกับแก้ว แถวแต่ละแถวนั้นห่างกันมากทำให้อนุภาคแสงของแสงขาวไม่เพียงพอที่จะให้พลังงานแก่อิเล็คตรอนเพื่อข้ามระดับชั้นระหว่างกัน ในทางกลับกันอนุภาคแสงจากแสงอัลตราไวโอเลตให้พลังงานแก่อิเล็คตรอนได้มากพอและถูกดูดซับเป็นเหตุผลว่าผิวจึงไม่ค้ำอยู่ในกระจก คุณสมบัติอันน่าทึ่งของการเป็นทั้งของแข็งและโปร่งใส ทำให้แก้วถูกใช้อย่างแพร่หลายมานานหลายศตวรรษ ตั้งแต่กระจกหน้าต่างโปร่งใส ในขณะที่คอยกันสิ่งต่างๆ ไปจนถึงเลนส์ที่ทำให้เราสามารถเห็นห้วงอวกาศไพศาลนอกโลก และโลกระดับจุลภาคที่อยู่รอบรอบตัวเรามันยากที่จะนึกภาพถึงสังคมสมัยใหม่ที่ปราศจากแก้ว และแม้ว่ามันจะมีความสำคัญมากเราก็ไม่ค่อยนึกถึงแก้วและผลประโยชน์จากแก้ว คงเป็นเพราะสิ่งที่สำคัญและเป็นประโยชน์มากที่สุดของแก้วคือการไม่มีจุดเด่นและไม่ถูกมองเห็น ซึ่งทำให้เรามักลืมไปว่ามันมีอยู่ตรงนั้น
แต่ยังคงไม่ใช่คำอธิบายว่าทำไมแสงถึงสามารถทะลุผ่านแก้วได้
แต่ยังคงไม่ใช่คำอธิบายว่าทำไมแสงถึงสามารถทะลุผ่านแก้วได้