【导读】在电影《沙丘》中，几大星球家族争夺的类似于沙子的“香料”决定了人类未来的走向。在现实中，一些广泛存在于自然界中的“非金属”原材料，因为途被视为战略物资，其中就包括“无处不在”的沙子（硅）。当前，中国的工业硅超过全球80%产量，单晶硅、多晶硅等多种品类的占比甚至更高，不仅象征着强大的产业基础，更隐藏着潜在的战略地位。从人类如何逐渐将“不起眼的沙子”做成数千万亿的全球产业链的历史中，我们可以更加深入地理解全球工业链的实质，并对世界的未来做出更合理的判断。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

　　作者指出，玻璃不仅是一类产品，而且也是一种通用技术。近300年来，几乎所有推进人类知识的伟大实验都依赖某种玻璃棱镜、容器或装置。进入信息化时代，玻璃的价值只增不减：光纤、芯片制造中不可或缺，甚至能影响国家工业战略和军事进程。例如，德国政府引导下的化学和玻璃产业（如蔡司）的快速崛起，帮助其在一战和二战早期取得了重大战略优势。建筑行业对沙子的应用也在发生最新变化：过度开采使得沙子对生态的重要性不断体现出来，填海造陆活动不断增量，防洪沙需求上升，传统的混凝土、水泥技术也在因绿色需求而发生变化。‍‍‍‍‍‍‍‍‍

　　最后，作者从Ferroglobe公司的Serrabal石英矿出发，深度挖掘了半导体产业链的“原料上游”。在制造硅金属的过程中，更为关键的是原料的形状和大小，因此并非随处可见。仅原材料和设备制造环节，就有数百家公司像“不起眼的沙子”，作为全球半导体供应链不可或缺的组成部分。因此，当一些政客想当然地要“关起门来自给自主”时，往往暴露了其对材料世界的深刻无知。

　　小说《智造人》（Homo Faber）讲述了一场发生在2900万年前的陨石爆炸事件带来的深远影像。跟随主人公班戈尔等人，小说将我们带入了茫茫大沙海进行探险，不仅发现了“利比亚沙漠玻璃”等特殊材料，还对沙丘的物理特性进行了科学研究。

　　《智造人》以新奇的视角向我们展示，沙子不仅是自然界的产物，也是人类文明和技术进步的基石。作为一种物质，沙子及普遍又独特，某些类型的沙子甚至异常珍贵。从古代的玻璃制造到现代的半导体工业，抑或是随处可见的混凝土建筑，对沙子的利用事关产业政策与经济发展，甚至牵动着国家的战略安全。

　　玻璃的发明和应用，特别是透镜和镜子，对工业以及人类对自然界认知的深化产生了深远影响。透镜的出现不仅促进了天文学的突破，如伽利略发现地球绕太阳转，还改变了人们的工作和生活方式，如通过眼镜延长工作生命。此外，玻璃器具对早期显微镜的制造至关重要，开启了细胞学和微生物学的大门。文艺复兴时期，玻璃的使用更是改变了艺术创作的视角，达·芬奇认为镜子是“画家背后的大师”。

　　从波伊尔和胡克创建真空室，到牛顿的光学理论，再到法拉第对电的研究，几乎所有推进人类知识的伟大实验都以某种方式依赖于玻璃棱镜、容器或装置。换言之，玻璃是一种基础性创新，一种像轮子、蒸汽机和半导体这样的通用技术。这种神奇的产品之所以重要，不仅仅因为它本身，还因为它带来的更多的想象和发明。直到今天，玻璃仍扮演着重要角色。互联网大多是通过玻璃纤维传输，芯片制造的整个链条上也有着大量玻璃相关的设备。

　　关于玻璃的发明者，众说纷纭。最著名的起源故事来自罗马学者普林尼老者（Pliny the Elder）：腓尼基船员在今天的以色列海滩上，晚上烹饪时将锅置于纳特龙（一种早期的含钠肥皂）上。当火烧热纳特龙时，与沙子反应，奇迹般地产生了流动的透明物质——这就是玻璃的最初发现。

　　虽然普林尼的故事可能带有夸张成分，但玻璃的发明无疑是多次在不同文明中独立发现的，包括叙利亚、中国和埃及等。有的研究将玻璃的最初创新追溯到近10000年前的陶器釉料技术，有的则认为其发展于公元前二至三千年间。不过，普林尼的故事强调了化学在玻璃制造中的重要性。

　　制作玻璃的主要挑战在于，沙子的主要成分——硅石（二氧化硅）需要在超过1700°C的极高温度才能熔化。通过添加所谓的“助熔剂”，可以在更低的温度下使硅石熔化，同时去除玻璃中的杂质，改善最终产品质量。

　　好的玻璃看上去清晰完美，但在分子层面上更像是一个无序的原子混合体，被科学家称为“非晶态固体”或“过冷液体”。实际上，玻璃既是液体也是固体，但在常温下它表现为固体形态。历史上，人们对玻璃的理解和制造技术经历了长期的发展，直到十九世纪才发展出平板玻璃技术，二十世纪中叶才有了真正光滑的薄玻璃片。

　　最终产品可能充满神秘，但一切都始于沙粒。人们对穆拉诺工匠制作出的非凡玻璃的技艺赞不绝口，但却很少提及威尼斯碰巧位于完美的原材料地点。当地工匠们在实践中意识到，通过烤制和研磨石英卵石可以获得更纯净的沙子，其中最好的石英卵石来自从瑞士阿尔卑斯山流向意大利北部的提契诺河床（Ticino），其中二氧化硅纯度可达98%。这也引出了一个问题：我们今天从哪里获得这些沙子？这些“完美的颗粒”都在哪里？

　　洛克阿琳（Lochaline）并非苏格兰最偏远小镇，但从格拉斯哥出发需经过三至四小时车程，搭渡轮及穿越连绵山谷的长途驾驶。我将前往这里，寻找世界上最纯净的硅砂之一。

　　硅砂含95%以上硅，用途广泛，从过滤水到制造铸造模具，甚至是现代火车制动系统的关键成分。但最关键的是，它是制造高清晰度玻璃的主要原料。世界上著名的“银沙”（silver sands）分布于法国、比利时、荷兰、德国以及北美和巴西等地。尽管不稀缺，但也不是随处可见。长期以来，英国都未能找到这种原材料，直到一个世纪前发现了洛克阿琳。

　　洛克阿琳曾是热带海洋的河口，美丽的白色沙滩边生活着丰富的生物。然而，6000万年前的一次大规模火山爆发将这一切埋藏于熔岩之下。正是在这层火山岩下，隐藏着由99%纯净硅组成的“银沙”，几乎不含铁氧化物。这种沙子不适合建造沙堡，却能制作出非常清晰的玻璃。与通常的采石场不同，洛克阿琳的沙子职能通过地下开采得到。

　　从表面上看，洛克阿琳作为一个采矿点似乎很奇怪。它是如此偏远，唯一的运沙方式是通过水路，而且距离将原材料转化为可用产品的工厂和工厂数百英里；沉重的沙子相比其他矿产似乎并不值钱。但这里的沙子并不一样：它可用于生产光学玻璃，特别是用于军事设备如双筒望远镜和瞄准镜的镜片。这也引出了第一次世界大战中，玻璃在人类历史中扮演的重要角色。

　　1915年晚夏，盟军与德军在西线陷入战壕战。同时，在奥斯曼土耳其的南部，英国和澳新军团努力控制达达尼尔海峡。伦敦的军需部秘密派遣一名特工前往瑞士，任务是确保运送极度需要的军事技术——野战望远镜。

　　今天，任何人都能轻易订购便宜的双筒望远镜，但在20世纪大部分时间里，这些工具代表了技术前沿与军事优势。上世纪初，随着武器技术的进步，正确的光学测距仪成为了绝对必需品，尤其是在炮弹可以发射数十英里远的情况下。

　　1914年一战爆发。在此之前，德国在全球精密光学器械（包括双筒望远镜和望远镜）的供应上实现了垄断。这不仅是经济问题，还关系到战争初期德国狙击手的巨大优势。几乎所有的瞄准镜上都刻有蔡司（Zeiss）的品牌名，而里面的玻璃来自一个相关但独立的公司：肖特（Schott）。肖特还发明了我们今天仍在使用的硼硅酸盐玻璃，用于制造烤箱器皿和运输新冠疫苗的小瓶。

　　到了1914年，英国对德国，或者说对蔡司的精密玻璃依赖已达60%，剩余30%来自法国，国内公司仅占10%。战争爆发后，外国供应立即被切断。英国科学界此前曾多次发出警告，英国在光学制造上严重落后，以至于不能满足现代战争中光学辅助设备的需求。

　　随后，英国人民被呼吁捐赠家中的单、双筒望远镜，但这远远不能满足前线年，英需部派遣一名特工前往中立的瑞士，企图从德国获取双筒望远镜。调查显示，德国可能是唯一能大批量供应光学器械的国家。令人惊讶的是，德国竟同意提供32000对双筒望远镜以及其他光学器械，条件是交换橡胶。这一交易的原因是：英国及其盟友控制着世界上大部分橡胶生产，而德国急需橡胶用于其军事机械。

　　这个故事说明，材料短缺在战争中占据重要地位，而大国在关键时刻也愿意暂停战争的常规规则进行交易。在特殊情况下，例如战争或其他全球危机中，原材料的价格和价值之间会存在显著差异。

　　在玻璃制造的早期历史中，英国牧师和家哈考特（William Vernon Harcourt）曾尝试了多种元素的组合以改善玻璃质量，包括尝试加入铀，创造出在紫外光下会发光的玻璃。法拉第（Michael Faraday）在硼硅酸盐玻璃的发明上也有所贡献，这对后来的光学和电力时代产生了重要影响。

　　随着时间的推进，英国的光学霸权逐渐转移到了德国，这一变化是由多种因素造成的，一方面，英国的窗户税和玻璃生产税使得许多家庭和玻璃制造商受到了负担，结果是一段时间内只有最富有的人能购买重晶体玻璃并建造温室，最终导致玻璃制造业的衰落。

　　与此同时，在普鲁士政府为初创的玻璃行业提供财政支持并保证订单，这是一种十九世纪的工业策略，并且竟然是由诗人歌德领导的。此外，德国的化学和制药业也在做类似于玻璃业：企业引入更加严格科技与标准，转变那些曾经的手工业。

　　在1915年的“饥荒”和那场秘密的玻璃-橡胶贸易之后，英需部投入了大量资金和劳力到玻璃制造中。在几个月内，英国科学家逆向工程了许多德国的玻璃产品，并在战争结束时能够生产足够的玻璃供应自己军队和一些盟友。

　　在二战期间，英国的光学工厂再次面临挑战。纳粹占领了法国枫丹白露的沙石采石场，这是英国光学玻璃的主要原料来源。然而，英国官员发现了洛克阿琳的石英沙矿，这成为了英国战争努力的一个关键组成部分，为光学工厂提供了必要的原料。在今天西方提出所谓“关键矿物”概念的一百年前，洛克阿琳就已经是一个重要性的战略要地，而今天和当时一样，很少有人知道它的存在。

　　如今，洛克阿琳的石英沙矿仍然在运营，它不仅支持了本地经济，还为全球的技术和环保努力提供了重要的资源。这里的沙子一部分被运往被运往挪威，用于制造碳化硅逆变器，助力电动车跑得更远，充电更快，耗电更少。当然，大部分沙子被送往皮尔金顿，在那里被熔化并浮在一层熔融锡上，成为薄而完美平坦的显示器面板。

　　1934年，美国化学家海德（James Franklin Hyde）在纽约州北部的科宁实验室，首次通过化学方法合成了几乎完美的纯矽砂玻璃。这种石英玻璃的纯净度超过了自然界中“最纯的”利比亚沙漠玻璃。这一发明在此后极大地促进了光学领域的革新，但在当时，科宁的研究人员最初并未意识到其潜在的巨大价值。

　　直到上世纪60年代，在伦敦郊区的标准电信实验室（STL），查尔斯·高（Charles Kao）发现了光纤通信的潜力。他通过使用海德发明的超纯熔融石英玻璃生产了光纤，其本质上就是两层玻璃构成的长线，内层传输信息，外层保持光线反射在纤维内。他证明了光纤传输数公里都几乎不损失数据，并开启了光纤时代，极大地改变了远距离通信方式。此前信息主要通过铜线传输，但传输能力和速度相当有限。

　　查尔斯·高在2009年获得诺贝尔物理学奖，并被英国女王封为爵士。光纤技术的发展，以及对玻璃特性的深入理解，对现代通信产生了性影响。几乎所有现代通信都通过光纤进行，包括互联网、电话和电视等。尽管在日常生活中不易察。