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《迷人的材料:10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事》9 精致的瓷器 PORCELAIN

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1962年1月,米奥多尼克家族正忙着张罗庆祝我父亲彼得•米奥多尼克和未婚妻凯丝琳的大喜之日。婚礼已经计划就绪,邀请函也已寄出,犹太男子和天主教女子联姻的宗教指导也在进行,所有人神经紧绷,嬉皮士倡导的自由之爱或许还没开始,但要给年轻新人的礼物已经订好了,其中一件就是骨瓷茶具组。

茶具组装在木盒里,从哈洛德百货公司邮寄到我父母家中。他们把茶杯和碟子从木屑里取出,清洗后放在厨房滴水板上晾干。这时,茶杯和碟子总算有空瞧瞧新家了。伦敦市郊的住宅区,厨房很空但很宽敞。忽然一只茶杯从水槽边摔到了塑料地板上,结果竟然没有砸碎。这对新人觉得不可思议,开心地相视而笑。他们觉得这是好预兆,结果也是。这组茶杯在婚姻路上一直伴随着我的爸妈。50年后的现在,我在左页照片里放的就是硕果仅存的最后一只杯子。

起初,这些骨瓷茶杯必须跟我母亲从爱尔兰带来的木杯一起挤在橱柜里。我想它们一定吓坏了。当然,木杯很有乡村风,它的色泽美丽天然,自然淳朴的感觉对于向往田园生活的人也很有吸引力,但拿来喝东西实在不合适。不仅木头味很重,表面的细孔还很容易吸收气味,让之后的饮料喝起来味道不对。

除了木杯,我家还有金属做的杯子,显然是露营用具,是因为新婚夫妻餐具不够才拿来充数的。不过,金属杯比起木杯也好不到哪里去。我们用金属刀叉,觉得用起来比其他材质适合,是因为金属硬而强韧,制作出来的刀叉既轻巧又不会弯曲或折断。更重要的是,金属外表光滑明亮,很容易判断干不干净,毕竟这些餐具之前曾经放进别人嘴里。不过金属导热太快,无法用来喝热饮,而且声音又大又吵,有损红茶的优雅形象。

真正的永续环保材料

哥哥和我出生之后,塑料杯开始进驻我家。跟大多数孩童用品一样,这些杯子色彩鲜艳、坚固耐用,非常适合盛装小孩爱喝的饮料。这些饮料的甜度和果味通常都比茶高出许多。塑料质地较软,放在嘴里感觉温暖、舒服又安全,且外观活泼讨喜,跟童年的感觉很像。要是塑料果汁杯放久了能变成骨瓷茶杯,年岁越久越坚强、有个性,那就好了。可惜塑料杯老化得太快,禁不起太阳紫外线的折腾,每次带出去野餐就会折损几年寿命,不断降解,最后变得泛黄易碎,终至四分五裂。

陶瓷就不同了。它完全不怕紫外线降解和化学攻击,而且比其他材质更耐磨耐刮。油料、油脂和大多数污渍都沾不上它。单宁以及少数分子确实会附着在陶瓷上,但用酸性溶液或漂白水很容易就能去除。这些因素都使得瓷器能长年保持原貌。事实上,我桌上那个茶杯要不是从杯缘到把手有一条小裂缝,而且也被单宁弄脏了,看起来和五十年前没有两样。能做到这一点的东西不多。纸杯似乎很环保,是永续材料,因为纸能回收。但为了防水,纸杯必须上蜡,所以根本不能回收再利用。真正的永续材料非陶瓷莫属。

撇开实用性不谈,除了陶瓷之外,使用其他材质的容器喝茶都近乎亵渎,无论纸杯、塑料杯或金属杯皆然。喝茶不只是吞饮液体,更是一种社会仪式,一种理念宣扬,而瓷杯是其中不可或缺的成分,因此也是有教养的家庭的必备物品。

陶瓷的崇高地位由来已久,比纸、塑料、玻璃和金属都要久远。故事起自人类把河床的黏土放入火中,发现黏土不只会变干,还会产生质变,从原来的湿湿软软变成坚硬的新物质,性质几乎跟石头一样。不仅坚硬、强韧,而且能塑形做成贮藏谷物和取水的容器。没有这些容器,农业和屯垦就不会出现,现有的人类文明也不可能发端。这些素朴的容器在一万年后得到了“陶器”的称号。

然而,这些早期的陶器其实并不像石头,它们的质地脆弱且易碎,摸起来粗糙并容易渗漏,放在显微镜底下看,它们的表面都是小洞。陶瓦和土器是这些早期陶瓷的现代远亲,虽然非常好做,却还是脆弱得可怕。

我自己有好几次把陶瓦锅(通常是度假时买的)放进烤箱里炖肉,结果一小时后却发现锅子裂了,肉汤渗了出来。其他地方我不敢说,但烤箱应该是陶瓷最自在的环境呀,毕竟它们就是在窑里制造的,但陶瓦锅还是一直表现欠佳。原因是汤汁会渗入细孔里,受热后变成气体把细孔炸成微小的裂缝,然后像小溪汇流成河一样,跟其他裂缝串联成大裂缝,最后在陶瓦锅表面裂开,不仅毁了锅子,也往往毁了那道菜。

陶瓷不同于金属、塑料或玻璃,无法熔解和浇铸。但更正确的说法是,没有其他材质能承受陶瓷熔化时的高温。陶瓷的成分跟山峦及岩石一样,熔解后就成了岩浆或熔岩。但就算能取得熔岩并灌入铸模,也无法制造出强韧的陶瓷,至少绝对不是你认得的,或用来泡茶的那种。熔岩当然只会形成火山岩,充满孔洞与瑕疵,需要历经地底深处数百万年的高热与高压,才会转变成所谓的火成岩,建构起高山和丘陵。因此,想制造取代岩石的人造物就只有两条路:一条是利用化学反应,也就是水泥和混凝土造成的作用;另一条是像制作陶器一样,在窑里加热黏土,但不是把黏土熔化,而是利用结晶的一个特殊性质。

黏土是矿物微粒和水的混合物。这些矿物微粒跟沙一样,是水和风侵蚀岩石的结果,基本上就是极细的结晶。黏土常常出现在河床里,因为山上的风化矿物质被冲刷到河水中,淤积在河床形成湿软的泥土。不同的矿物质组成,会形成不同的黏土。例如陶瓦的结晶通常包括石英、矾土和铁锈,因此才会呈红色。

黏土受热时,水分会首先蒸发,让微粒结晶有如沙堡般堆栈在一起,并留下许多孔洞,孔洞是水分消失后留下的空隙。但高温会造成一个很特别的现象,就是结晶里的原子会跳到隔壁的结晶再跳回来。不过,有些结晶里的原子不会回到原位,于是结晶之间开始逐渐形成原子桥,最后有数十亿条原子桥生成,使得原本只是堆在一起的结晶群变成单一的连续体。

原子会这么做的原因跟化学物质会进行反应的原因一样。结晶里各原子的所有电子,都会跟周边的电子形成稳定的化学键,也就是处于“填满”状态。但在结晶的边缘和表面会有一些“未填满”的电子找不到其他原子可以键结,这些电子就像松脱的零件。因此,结晶内的所有原子都想在结晶内部而非表面找到位置固定下来,也就是说结晶表面的原子很不稳定,一有机会就会想改变位置。

加热会让群聚的小结晶产生变化,形成完整单一的物质

结晶的温度不高时,原子通常没有足够的能量四处移动,突破限制。但只要温度够高,原子就会开始移动、重新组织,让被迫留在结晶表面的原子越少越好,结果就是结晶表面越来越小。这些原子重新塑造了结晶的形状,让结晶不断压缩紧实,消除其中的空隙,于是所有微粒结晶自然缓缓压合成完整单一的物质。这个过程一点也不神奇,但过程的结果却很神奇。

这当然是理论。某些种类的黏土比较容易发生这个过程。陶瓦的优点在于取得方便,而且不必太高温就能发生重组,靠普通的大火或柴炉就行了。这表示制作陶瓦的技术门槛很低,于是人类开始用陶瓦大兴土木,修筑城镇。一般常见的砖头便是陶瓦的一种。然而陶瓦有一个大问题,它永远无法去除孔隙,永远无法完全密实。这对砖头来说没什么,因为它只需要相对坚固,而且一旦用水泥固定,就不会再受敲打,也不会反复受热与冷却。但对杯子或碗盘来说就是灾难了,因为这些器皿很薄,却又得承受烹调的严苛考验,结果是完全抵挡不住。只要轻轻一敲,陶瓦里的孔洞就会造成裂痕,一发不可收拾。

东方的陶匠最先解决了陶器多孔和易碎的问题。首先,他们发现只要在土坯上覆盖一种特别的灰烬,这些灰烬就会在加热时变成玻璃态涂层附着在陶器表面,把土坯外层的孔洞都封住。改变釉粉的成分与上釉部位,就能为陶器上色和装饰。这不仅能让陶器防水,更开启了陶器装饰的新境界。现在很容易见到这种上釉土器,我家厨房里就有不少,像是厨房水槽周围的墙壁和流理台的瓷砖,它们让厨房容易清理又美观,当然浴室和厕所里也少不了瓷砖。使用花纹瓷砖铺设地板、墙壁甚至整栋楼房,是中东和阿拉伯建筑的特色。

上釉能防止水分渗入,却仍无法解决瓷砖内部孔隙过多的问题,而这正是裂痕出现的原因。所以瓷砖还是相对脆弱,上釉的陶杯和陶碗也不例外。这个问题还是由中国人解决了,不过靠的是发明一种全新的陶瓷。

中国人发明精致瓷器

两千年前,东汉的陶匠想要改善自己做出的陶器,开始进行实验。他们不仅尝试各种不同的黏土,还自己调配黏土,加入各种河里黏土不会有的矿物质。其中一种矿物质就是白色的高岭土。为什么要加高岭土?没人知道。或许纯粹出于实验精神,也可能因为陶匠喜欢高岭土的颜色。

他们显然试过各种混合,最后终于发现一种特殊配方,成分包括高岭土和一些其他矿物质,例如石英和长石,混合成一种白黏土,加热后会变成非常好看的白陶。这种陶并不比土器强韧,但和之前已知的黏土不同,只要把窑火加热到极高的1300℃,它就会发生奇怪的变化,成为外表如水的固体。这种白陶的表面近乎完全光滑,可以说是世上可见的最美的陶瓷,而且强度和硬度都远超其他陶瓷。由于强度极高,它可以制成极薄的杯碗,几乎和纸一样薄,却依然不容易产生裂痕。做出来的杯子近乎透明,相当细致。它就是瓷。

瓷结合强韧、轻盈、优雅和无比光滑的特质,成为它最强有力的条件,很快就和皇室连上了关系,成为财富和高雅品位的象征。但瓷还有另外一层意义。由于造瓷需要丰富的知识与技术,要能找到适当的矿物比例并建造可以产生高温的陶窑,瓷成为技巧与艺术完美结合的象征。瓷很快便从中国的骄傲变成了中国的图腾,成为国力的展现。自此之后,中国历朝历代都会有自己的官窑。

中国各朝努力制作精美绝伦的器皿和礼器来装点皇宫,以彰显自家陶艺。不过他们深知要让宾客真正惊艳,不仅得让宾客看见瓷的轻盈与透明,还要亲眼和亲手体会,而品茗正是最完美的机会。于是以瓷杯奉茶待客不仅成为精湛陶艺的展现,也是雅致的文化活动,最后更成为一种仪式。

由于中国瓷器远优于其他陶器,使得中东和西方的商人一眼就晓得这些瓷器是多么有价值的商品。他们不仅引进瓷器,连品茶文化也一并引入中东和西方,使得瓷和品茶成为宣扬中国文化的代表,所到之处无不风靡。当时欧洲人还在使用木杯、锡杯、银器和陶杯,瓷器充分显现出中国在工艺技术上超出其他文明甚多。用上等瓷器招待客人品尝上等中国茶,立刻让你身价不凡。于是这个称为“白金”的精巧白瓷很快就成为庞大的生意。

中国引领风骚五百年

由于瓷器贸易量太过惊人,许多欧洲人心想要是能自制瓷器,肯定能大赚一笔。然而,欧洲人始终不得其门而入。就算他们派人到中国刺探,瓷器制造依然是中国的不传之秘,令欧洲人妒羡不已。直到五百年后,一位名叫贝特格(Johann Friedrich Bottger)的人被萨克森国王拘禁,令他找出制造瓷器的方法,否则人头落地,欧洲才终于做出了像样的瓷器。

贝特格原本是炼金术士,但1704年于拘禁期间受命当冯齐恩豪斯的手下,使用各种白色矿物有系统地进行实验,以找出制造瓷器的方法。他们在当地发现的高岭土成了实验的转折点。两人一旦创造出所需的高温,就破解了中国人保守千年的秘诀。

贝特格没有用茶杯来证明自己真的做出了瓷器,而是把白热状态的瓷器从1350℃的窑中取出,直接抛进装水的桶子里。绝大多数陶器都会因为冷热差距过大而破碎,土器和陶瓦更会爆裂,但瓷器实在够硬够韧,竟然毫发无伤。(1)萨克森国王信守承诺,大大奖赏了贝特格和冯齐恩豪斯,因为发明了欧洲精瓷肯定能为他带来巨富。

从此之后,欧洲各地的科学家和陶匠都开始拼命实验,希望能找出制造瓷器的秘诀。虽然间谍密探满天飞,英国还是花了五十年才用本地原料做出瓷器,并命名为“骨瓷”。我父母亲当年结婚收到的茶杯组就是骨瓷做的。

于是1962年的某一天,在米奥多尼克家宣布喜讯之前,康瓦尔的矿工黎明即起,和过去两百年来一样穿越康瓦尔丘陵的野生蕨类丛林,经过坑洞和水车来到特维斯科矿场,挖掘一种特别的白色黏土。在这些人挖掘高岭土的同时,马路另一头的花岗石矿场则有矿工在挖掘矿石,包括云母、长石和石英。史塔夫郡及邻近的契郡、德比郡、莱斯特郡、华威郡、沃斯特郡和许洛普郡的农人牧养牲畜,并把死去牲畜的骨头焚烧后磨成细粉。所有材料随后运往特伦特河畔的斯托克市,在某个冬日烧制成我桌上的茶杯和同组茶具。

繁复的制造过程

冬天的斯托克市应该烟雾弥漫,数百座红砖瓶形窑吞云吐雾,致使当地成为英国陶瓷重镇。当年的烟雾应该带着浓郁的硫黄味和几分酸气,而且或许和我1987年暂居当地时一样乌云低沉,使得天空跟烟囱融为一体,整座城市因此显得很不真实,有如幻梦。

工厂里的空气被窑火烤得干燥温暖,感觉很舒适。每个房间都摆满板凳和机械设备,成排的男女工人专心忙着干活,制作各式各样的瓷器,主要是餐盘和碟子,当然还有茶杯。工作非常繁重,工厂里弥漫着全神贯注的气氛。所有器具都只用一种材质制造,它主宰了工厂,在所有地方留下印记。整间厂房都会沾满这些混合矿物与兽骨的白色细粉。

这些细粉的外观毫不起眼,就算加水后会变成可塑形的黏稠糊状物,但也就如此而已。茶杯由玮致活陶瓷厂的女工亲手捏制,她们做这工作已经一辈子了。靠着陶轮和女工的一双巧手,黏糊的坯土瞬间就变成了杯子。湿软的粗坯放在托盘上松软无力,有如早熟的婴儿。要是没有外力协助,这些粗坯将会风干、松垮、龟裂最后瓦解,就像泥土做成的杯子一样。不过,它们并不会如此,而是被送到工厂的另一处地方。

到了那里,一位手指粗壮的男子会用无比娴熟的动作以耐火黏土迅速做好火泥箱。耐火黏土可以承受极高的温度,因此常用来当成其他种类黏土加热时的外壳保护层。男子会把茶杯的粗坯放入火泥箱,仔细排好放好,不让粗坯彼此碰触。一切就绪后,男子会用黏土把火泥箱封好。箱里漆黑、冰冷又潮湿,所有粗坯也一样湿软。

隔天早上,工人会把这五百多个火泥箱小心放入瓶形窑中,放满之后再把窑口封死,在窑下点燃炭火。窑里烟雾弥漫,茶杯的粗坯有火泥箱保护,因此依然洁白无瑕,随着温度升高缓缓干燥,直到水分完全蒸发为止。接下来就是茶杯诞生的关键时刻。这时粗坯非常脆弱,矿物结晶都堆栈在一起,却没有任何力量把它们黏住。火泥箱把强力高热气流和浓烟挡在箱外,让粗坯不至于瞬间爆炸。

当温度升高到1300℃,窑内变成白热状态,奇迹就出现了:结晶间的部分原子将形成一条玻璃河。现在粗坯绝大部分已经变成固体,但仍部分呈液体,外观就像茶杯上有液态玻璃形成的血管流过。这些液体会渗入结晶间的所有孔隙,覆盖茶杯的每一寸表面。新生成的茶杯和绝大多数陶器不同,只有它们知道毫无瑕疵是什么滋味。

瓷窑需要降温两天才能打开,但茶杯依然热得无法安全取出。不过,一群身材壮硕魁梧、满身煤渣的工人会穿着三层羊毛衫和外套,走进窑里取出火泥箱。有些火泥箱已经受热裂开了,里面的茶杯接触到烟尘和火焰,只能接受不幸的结局。但米奥多尼克家的茶杯完好无缺,安然蜷伏在宛如子宫的火泥箱中,直到工人把箱子小心撬开,让它们以最出色的骨瓷风采降临世间。专家会检查它们有无瑕疵,接着如同打婴儿屁股一样轻弹一下做最后的检查。

轻弹茶杯倾听声音,是最清楚而确定的方法,来确认杯子是否完全成形。只要杯子内部稍有瑕疵,有孔隙在白热状态时没有由玻璃浆填满,声响就会有部分被吸收,无法发出清脆的回音,听起来会闷闷的,而完全致密的茶杯则是余音绕梁。就是这个回音让米奥多尼克家的茶杯得到了认可,可以待价而沽。若轻弹陶瓦杯几乎不会听到任何声音,顶多就是一声闷响。而我的茶杯由于完全紧实,没有任何瑕疵,因此即使像纸一样轻薄透明,却能维持五十年形状完好细致。就算现在轻弹茶杯,依然能听见它的强韧与生气。

与文化相结合

这组茶杯参与了米奥多尼克家所有特殊的日子。我外婆从爱尔兰来参观女儿的新家,它们负责装茶。家人齐聚一堂庆祝米奥多尼克家的长子西恩诞生,它们躬逢其盛。邻居应邀来家里庆祝1977年的女皇登基银禧,它们也在。艾伦叔叔还用其中一个杯子偷偷畅饮伏特加,结果在花圃跌了一跤。

某年的圣诞节,有个亲戚趴在餐桌上打呼噜,弄得满桌鼻涕,这些茶杯也在,最后在一团乱中,还把其中一个杯子甩到地上砸碎了。米奥多尼克家每个男孩结婚时,它们都在场。只有西恩例外。他在夏威夷跳伞结婚,在海滩上举行婚礼。

这些瓷杯是备受珍视的结婚礼物,只见过米奥多尼克家欢庆的一面,只在特殊场合端出来献宝,从未用在日常生活里。它们没有待过床边,也没去过菜园的围墙上,更没有跟着孩子一起去足球场。这些家居时刻是属于马克杯,属于品质较低的上釉瓷杯或陶杯的。这些杯子都很厚,因为材质太软,必须够厚才能支撑。它们便宜又讨喜,随兴的形状与尺寸正是它们如此居家的原因。用它们喝茶也觉得廉价和开心。

茶虽然源自中国,却成了英国的国民饮料,不过两者的角色大不相同。茶在汉朝是财富与教养的象征,在英国却是用茶包装着最廉价的混合研磨茶叶冲来喝。我们喜欢茶是深棕色的,看到麦芽色就觉得这是一杯好茶。其实比起纯种茶,我们喝茶的口味相当清淡。我们会加牛奶中和苦味,在冷天和雨天喝茶抚慰自己。茶的味道基本、质朴而谦逊,用马克杯品尝更是如此。

我在我家屋顶上喝茶用的杯子,是我爸妈当年结婚收到的骨瓷杯组中残存的最后一只。时代变了,茶具组不再是新婚夫妻家中的必备用品,因为细致的瓷器和茶品不再是教养与文雅的象征,瓷器必须改头换面才能重新变得新潮和实用。现在瓷器还是结婚礼物,只不过通常改送白色瓷盘,甚至是马克杯,外观强调时髦,而且一定要能用洗碗机清洗。

这只米奥多尼克家仅存的婚礼瓷杯,我知道天天用它终究会害它丧命。每注入一次红茶,水温就会在杯子内部造成应力,拉大裂隙,而茶的重量则会让更多原子键断裂。裂隙会缓缓变长,有如蛰伏在杯里的小虫向外蚕食,最终让瓷杯四分五裂。也许我应该把它束之高阁,好保存我父母亲婚礼的纪念。但我宁可相信天天用它喝茶是一种致敬,敬我父母亲彼此相爱,而这正是这只瓷杯存在的意义。

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(1)虽然这则传闻已经得到多方否证,不过2011年7月,我们在英国国家广播公司第四台的《陶瓷的功用》节目中,重现了这个实验,证实瓷器从白热状态直接放入水中并不会碎裂。