古代銅鏡背后的技術(shù)原理——透光鏡

透光鏡是中國古人制作的具有特殊光影效果的銅鏡。它是什么樣子的？有什么神奇之處？蘊含了哪些光學(xué)和力學(xué)原理呢？

-西漢時期的“黑科技”-

“穿衣戴帽，臨鏡觀影”，中國古人使用鏡子的歷史可以追溯到4000多年前。發(fā)明煉銅技術(shù)之后，聰明的古人便開始鑄造銅鏡，利用平滑光潔的金屬表面來映照自己的形象。

銅鏡由兩面組成，鏡面被打磨得十分光亮；背面，出于托物寄情與美觀需求，裝飾有各種花紋或銘文（器物、碑碣等表面的文字）。其繁復(fù)的造型與精湛的做工，絲毫不亞于現(xiàn)代人所使用的玻璃鏡，體現(xiàn)出中國古代工匠高超的冶金工藝與雕刻技巧。

西漢時期（公元前202年—8年），有一類神奇的銅鏡——透光鏡，只要迎著日光或者其他光源，與鏡面相對的墻壁上就會映出銅鏡背面的花紋或銘文，光源仿佛穿透了鏡體。

北宋科學(xué)家沈括曾在《夢溪筆談》中提出：

清代學(xué)者鄭復(fù)光在《鏡鏡詅（líng）癡》一書中除了支持沈括的說法之外，還強調(diào)：

1 知識拓展世界古代銅鏡

世界古代銅鏡大致分為東、西方兩大體系。西方體系以古埃及、古希臘、古羅馬以及西亞等國的圓板具柄鏡為代表。東方銅鏡體系以中國圓形具鈕銅鏡為代表，盡管在不同時期，中國銅鏡曾出現(xiàn)過方形鏡、花形鏡、有柄鏡，但圓形具鈕銅鏡一直是銅鏡的重要形式，直到唐宋時期才出現(xiàn)帶柄銅鏡。

中國古代銅鏡曾廣泛流傳到周圍地區(qū)，西亞、中亞、西伯利亞、蒙古國、朝鮮半島、越南等地都發(fā)現(xiàn)過中國銅鏡。特別是日本，自彌生時代（公元前300—250年）以來，大量從中國輸入銅鏡，將其視為神器或?qū)毼?，并在本地仿制?/p>

與其他青銅器相比，銅鏡的錫含量較高，更容易讓鏡面光亮。戰(zhàn)國以后，銅鏡合金大致有兩種類型：一種是含鉛的高錫青銅，主要制于戰(zhàn)國至漢、唐，成分約為銅66%~72%，錫20%~26%，鉛4%~8%；另一種是含錫的鉛青銅或錫黃銅，主要制于宋至明清，含鉛、鋅達20%以上，錫含量則降至6%~13%。

一般來說，制鏡合金以前者為佳。因為當(dāng)錫含量達到20%或稍高時，銅錫合金顏色亮白，硬度較高，研磨過后不會留下明顯痕跡。含有少量鉛，可增加耐磨性。

第二種合金則更軟，不易拋光，顏色褐黃。宋鏡紋飾不如漢唐精致，與此有關(guān)。不過從另一方面講，這種合金也有其可取之處，質(zhì)軟便有不易碎裂的優(yōu)點。

-“鑄造”一面透光鏡-

透光鏡是用銅、錫等合金鑄造而成的，按理說光線根本無法穿過。那么，透光鏡的奧秘究竟是什么呢？

要鑄造出一面透光鏡，有幾個關(guān)鍵要素。

第一，透光鏡在造型上要具有凸面、薄體、寬邊的特征，而且紋飾還要滿足同心圓分布的結(jié)構(gòu)，這樣才能產(chǎn)生顯著的環(huán)向鑄造殘余應(yīng)力（如圖所示）。漢代以后的銅鏡紋飾復(fù)雜，鏡體變得大而平，失去了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，也就無法透光。

第二，在澆鑄過程中，由于透光鏡鏡體較薄，冷卻得快；鏡緣較厚，冷卻得慢，鏡緣逐漸收縮時，鏡體已經(jīng)凝固，有一定硬度，這樣鏡緣對鏡體產(chǎn)生一種緊箍作用，而鏡體對鏡緣有了反方向的支撐作用。銅鏡內(nèi)部產(chǎn)生的這種相互作用力，就是鑄造殘余應(yīng)力，它使鏡體在原來上凸鏡面基礎(chǔ)上進一步向上拱起。

第三，在打磨過程中，透光鏡的鏡體變薄、硬度降低，但有紋飾的地方較厚、較硬，不易變形，沒有紋飾的地方較薄，變形較大，從而使鑄造殘余應(yīng)力得到釋放，令鏡體產(chǎn)生細微形變——薄的地方拱起較多，厚的地方拱起較少，形成了鏡面的凹凸不平，這種形變?nèi)庋酆茈y看到。

當(dāng)光源照射鏡面時，有紋飾的地方凸起較小，比較平坦，反射光集中，反射到墻上的光明亮；無紋飾的地方凸起較多，反射光分散，反射到墻上的光比較暗。于是，墻上便呈現(xiàn)出與鏡子背面完全相同的圖案，感覺就像是光透過鏡子，把背面圖案投射到了墻上。

中國古人制造的透光鏡，是世界青銅發(fā)展史中絢麗的一頁，是中國古代科技的瑰寶。通過它，我們看到中國古人博大卓絕的智慧與審慎求索的精神在閃耀著光輝！

1 知識拓展鏡面反射和漫反射

光的反射是指光從一種介質(zhì)射到另一種介質(zhì)表面時，有部分光返回原介質(zhì)中傳播的現(xiàn)象，分為鏡面反射和漫反射兩種。

鏡面反射是指平行光線射到光滑表面上時，反射光線也是平行的。例如，陽光照射到玻璃幕墻就是鏡面反射。

漫反射是指平行光線射到凹凸不平的表面上時，反射光線射向各個方向。例如，電影屏幕就是漫反射。

編輯：黃飛