從銅鏡到回射器

武際可

鏡子發(fā)明得非常早。大約公元前3000年左右，古埃及人就已經(jīng)用青銅制作鏡子。中國的青銅鏡大約出現(xiàn)在公元前500年左右。

凹面鏡與凸面鏡

中國古代的銅鏡有兩種：一種是凹面鏡，用來聚焦日光取火，也稱陽燧;另一種是凸面鏡，用來照人。

在《古今注》中有這樣的記載：“燧，銅鏡也，以銅為之，形如鏡;照物則影倒，向日則火生;以艾承之，則火出。”根據(jù)物理光學原理，我們知道，對于凹面鏡，物體在鏡子的焦距以外，物體的像是倒著的;如果物體在焦距以內(nèi)，則會得到比實物為大的正像?！豆沤褡ⅰ返淖髡呤菚x朝人崔豹?？梢?，那時人們已經(jīng)了解了凹面鏡的原理。其實，春秋戰(zhàn)國時代的著作《墨子》上，已經(jīng)有關于鏡子的光學解釋。

那么，古人為什么把照人的鏡子做成凸鏡呢？這其中可能有兩個原因。

首先，凸鏡的視野比較大。用平面鏡照人，人必須站在鏡子正前方才能照見;如果站得偏離前方，照鏡的人在鏡子中間就看不到自己，看到的只是旁邊的景物。凸鏡的視野比較寬，照鏡人即便稍微偏離鏡子的正前方，也可以在鏡中看見自己。正因為凸鏡有這個優(yōu)點，所以現(xiàn)今汽車駕駛室邊上裝置的幾面反光鏡都是凸鏡，汽車行進時，司機可以從鏡中看到車左右和后面的景物。

其次，凸鏡中的像比實物小，這樣一來，小鏡子也可以看到比較大的場景。我們知道，要在平面鏡中看清一個人的全身，鏡子必須要做得很大才行，至少得有半人高;如果要看清楚照鏡人的面孔，鏡子也要做得有半張面孔大。古時候，銅是僅次于金和銀的貴金屬。所以，在鑄鏡時，為了節(jié)約銅的使用量，同時又要使鏡子能夠照見面孔或全身，把鏡子做成凸鏡顯然是更經(jīng)濟的一種選擇。我們通?？吹降墓喷R只有巴掌大小，做得都很精致，上面還有各種紋飾或銘文。只有在皇家或權貴人家，才會有比較大的平面鏡。

銅鏡與玻璃鏡

古代鑄鏡用的是銅錫合金，比較脆，在一塊有棱的石頭上一磕，就可能破碎成兩塊。我們知道，脆性物體斷裂后的斷茬各不相同，有多少裂口，就有多少不同的斷茬。人們根本沒辦法復制，即使用現(xiàn)代技術，也很難復制得一模一樣。在唐朝孟棨所著《本事詩》中記載了這樣一件事：南朝陳將亡，駙馬徐德言預料亂中夫妻會分離，便把一面銅鏡破為兩塊，夫妻各執(zhí)一塊（一說是把兩個半塊鏡子都給了妻子），并約定在正月十五到京城去賣，以通消息。其妻樂昌公主按預定之日托人到市上賣鏡，被徐德言看見，買了下來，并托來人捎去一首詩：“鏡與人具去，鏡歸人不歸，無復嫦娥影，空留明月輝?！狈蚱藿K得團圓，“破鏡重圓”也成了一則典故。

人類學會用玻璃做鏡子是很晚的事。古代，玻璃的產(chǎn)量很小，比較貴重，只能作為裝飾品。人們稱玻璃為“琉琳”“流離”“琉璃”或“月明珠”等。13世紀之后，意大利人首先發(fā)明了大批量生產(chǎn)玻璃的方法。15世紀，出現(xiàn)了用玻璃制作的鏡子。我國的銅鏡直到清代才逐漸被玻璃鏡所取代。隨著近代工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在做鏡子用的材料，除了玻璃外，還有銅以外的其他金屬和塑料。

圖1.汽車上的反光鏡

用玻璃制作的鏡子一旦出現(xiàn)，就有許多新花樣，鏡子也可以做得更大。穿衣鏡、哈哈鏡、探照燈用的拋物面鏡、萬花筒等，有的整座大樓的外部全是玻璃幕墻，不一而足。

鏡子的升級版——回射器

根據(jù)前面的介紹，我們知道，不管是平面鏡、凸鏡還是凹鏡，都有一個缺點，就是照鏡子時，人得站在鏡子正前方。凸鏡略好，不過人的偏離角度也不能過大。有沒有一種鏡子，允許人對鏡子有比較大的偏離，而且還能照見人呢？也就是說，不管光線從什么角度射來，鏡子都能夠把光線沿著原來的方向反射回去。

答案是肯定的。這種鏡子被稱為回射鏡。如圖2所示。把3個平面鏡相互垂直地黏結到一起，形成一個角錐，就像空間坐標系的一個卦限一樣。這個鏡子的角錐就是一個回射鏡。人只要站在角錐內(nèi)部，不管在什么地方，都能看見自己完整的鏡像。也就是說，處于角錐內(nèi)部的任何一束光線，經(jīng)過角錐反射后，會沿著平行于入射方向的方向反射回來。

圖2. 3個相互垂直的平面鏡所組成的簡單的回射鏡

回射鏡雖然有諸多優(yōu)點，但是平面鏡的交線不容易做得十分精密，照出的人影上往往有幾道線，看起來很不舒服。所以，人們?nèi)粘Ｉ钪胁⒉皇褂盟鼈冋杖耍怯没厣溏R把光線反射回去。這種裝置一般被稱為回射器，也稱逆反射器。

通常，自行車尾部都有一個用塑料制作的小回射器。它由許多小格組成，每一格都是3個相互垂直的平面鏡。在自行車后面行駛的汽車，可以憑借自己的車燈，很遠就能發(fā)現(xiàn)前面的自行車。因為自行車上這個小小的回射器可以把車燈的光線反射回去，而不管汽車和自行車的相對位置怎樣。

回射器的用途非常廣泛。我們知道，高速公路上是沒有路燈的，汽車夜間行駛時，速度很快，完全靠各種回射器所制成的路標、文字、指示牌行車。有一些路標就和自行車尾部的回射器一樣，汽車靠自己的車燈就可以辨別得很清楚。

還有一些用油漆畫的行車線和文字標牌，采用的是另一種原理制成的回射器。這種回射器的原理是：入射光照射一個折射率較高的透明球體時，總有一部分光線經(jīng)過全反射后沿原來的方向被反射回來，如露珠、雨滴、玻璃珠等都有這種本領。背著陽光察看露水或噴霧器噴出來的水霧，會看到一個個閃亮的光點，就是這個原理。于是，人們想辦法在涂寫路標的油漆中添加極細的玻璃珠，其直徑不到1毫米，甚至更小。用這種油漆寫出的字，對光線有回射的本領。如果再使用具有一定反射能力的油漆本底，這種涂料對光線的回射比例會更大。

利用回射器還可以進行精密的距離測量。1969年，美國的阿波羅登月計劃中，一架回射器被放置到了月球上，地球上的人們向回射器發(fā)射激光，再從地球上接收回射的光。通過測量光線通過的時間，研究人員精確計算出月球與地球之間的距離，其誤差不超過6厘米。此外，在測量人造衛(wèi)星軌道、測量地球上較遠的距離以及精確測量光速時，人們也都使用了回射器。

鏡子的功能，是對光線進行簡單的反射;回射器的功能是將光線從哪里來再送回哪里去，顯然要復雜一些。如何制造出簡單高效的回射器，仍然是現(xiàn)代應用技術研究的重要課題。

【責任編輯】趙 ?菲