中国古代物理学-一些奇特的镜子

中国古代物理学-一些奇特的镜子我们在前面叙述了各种镜在中国的起源与发展。在这里，我们要进一步谈谈古代中国人所发明创造的一些奇特的镜子。它们或者是利用镜子的组合而成，或者是在制造工艺上有特殊的方法，或者是利用镜子成像的规律供你欣赏娱乐。海上潜艇均带有潜望镜装置，实质上就是在一个弯管的拐弯处装上平面镜，通过平面镜的反射就可以在艇内看见海面上的动静。在中国，汉代人就发明了类似潜望镜。它的用处是，不出门，坐在庭院内窥视院墙外的情景。古代人安装潜望镜方法也很简单：在院墙之上高悬一面大镜，院内放一个盛水的盆。对盆看影，则“坐见四邻矣”(刘安《淮南万毕术》)。这是世界上最古老的开管式潜望镜，也是现代潜望镜的始祖。(图4-6)用两个平面镜就可以看见自己脑后发型。与此相类似，中国古代人曾以多个平面镜的组合去观赏一些奇特的情景。《庄子·天下篇》说：镜以照影，镜亦有影。两镜相照，则重影无穷。古代人称这种两个平面镜的组合相照为日月镜。晋代葛洪曾描写一种“四规镜”，即在房间四面装镜，人在其中照镜，因而看到自己的许多像。南唐谭峭说：“以一镜照形，以余镜照影，镜镜相照，影影相传。”(《化书》)据载，在佛教寺庙中，曾有人以多个平面镜的适当组合、形成复像的原理，来教导虔诚的信徒相信神奇虚幻的佛国境界。图4-6古代的潜望镜我们在前面已讲述了透光镜。不能穿透光线的青铜镜为何在反射阳光时会将镜背花纹图案照现于屏幕上呢？窄看起来令人不可思议的现象，第一次被沈括揭开了。沈括指出，铸造镜子时，镜薄之处先冷却，镜背有花纹图案之处稍厚，因而冷却稍慢收缩得多。这样，花纹图案虽在镜背，镜面也在铸造时隐隐约约地留有痕迹。所以，当它反射阳光时，这种隐约之迹，就被照射出来了。沈括的这一解释在后世颇具影响。继他而起，历史上不少学者探讨了透光镜的制作机制，发现了多种制作透光镜的方法。无论何种方法，工艺要求相当精致，方能将透光镜既当作镜子照脸、照物，也能在阳光下呈现“透光”的错觉。这如同一盆水，水面平静如镜，实可照人；将它置于阳光下，其反射光却是光影流波，荡动不已。镜面的微小曲率变化正如水面的微波荡动，人眼虽不能察觉，但在长光程光的照射下就显露出来了。中国的透光镜大约在明代以前传播到日本，19世纪时通过印度传到欧洲。至今它还令目睹其情状者大为惊叹！前几年，市场上曾卖过一种酒杯。无酒时仅酒杯而已；盛上酒时，却见微笑的歌星。人们称它为“美人杯”。这种酒杯曾招引买主，畅销一时。谁料想到，它是宋代人发明的，距今约1000多年了。宋代人称它为鲫鱼杯，或兰花杯。因为这类杯盛水或盛酒后可见其内“有一鲫长寸许，游泳可爱”(《春渚纪闻》卷九)，或有桂花、梅花、兰花一枝，令人有异香之幻感。将绘制的鲫鱼或兰花等物装嵌入杯底，然后在其上安放一小块凸透镜，就作成了这种奇特的酒杯(图4-7)。当杯不盛水(或酒)时，鲫鱼在凸透镜焦点之外，但很靠近焦点，成像是在人眼一侧的实像，人眼不易看清。盛水后，透明的水(或酒)成为一个凹面透镜(与杯内底接触处为凹面)，它与凸透镜形成一个复合透镜体，使焦距增大。鲫鱼在这复合透镜体的焦点之内，这时人眼就看到了杯底鲫鱼的放