西汉“黑科技”，铜镜PLUS——透光镜

透光镜是中国古人制作的具有特殊光影效果的铜镜。它是什么样子的？有什么神奇之处？蕴含了哪些光学和力学原理呢？

撰文 / 陈典（中国科学院大学）

-西汉时期的“黑科技”-

“穿衣戴帽，临镜观影”，中国古人使用镜子的历史可以追溯到4000多年前。发明炼铜技术之后，聪明的古人便开始铸造铜镜，利用平滑光洁的金属表面来映照自己的形象。

铜镜由两面组成，镜面被打磨得十分光亮；背面，出于托物寄情与美观需求，装饰有各种花纹或铭文（器物、碑碣等表面的文字）。其繁复的造型与精湛的做工，丝毫不亚于现代人所使用的玻璃镜，体现出中国古代工匠高超的冶金工艺与雕刻技巧。

西汉时期（公元前202年—8年），有一类神奇的铜镜——透光镜，只要迎着日光或者其他光源，与镜面相对的墙壁上就会映出铜镜背面的花纹或铭文，光源仿佛穿透了镜体。

北宋科学家沈括曾在《梦溪笔谈》中提出：

清代学者郑复光在《镜镜詅（líng）痴》一书中除了支持沈括的说法之外，还强调：

知识拓展 世界古代铜镜

世界古代铜镜大致分为东、西方两大体系。西方体系以古埃及、古希腊、古罗马以及西亚等国的圆板具柄镜为代表。东方铜镜体系以中国圆形具钮铜镜为代表，尽管在不同时期，中国铜镜曾出现过方形镜、花形镜、有柄镜，但圆形具钮铜镜一直是铜镜的重要形式，直到唐宋时期才出现带柄铜镜。

中国古代铜镜曾广泛流传到周围地区，西亚、中亚、西伯利亚、蒙古国、朝鲜半岛、越南等地都发现过中国铜镜。特别是日本，自弥生时代（公元前300—250年）以来，大量从中国输入铜镜，将其视为神器或宝物，并在本地仿制。

与其他青铜器相比，铜镜的锡含量较高，更容易让镜面光亮。战国以后，铜镜合金大致有两种类型：一种是含铅的高锡青铜，主要制于战国至汉、唐，成分约为铜66%~72%，锡20%~26%，铅4%~8%；另一种是含锡的铅青铜或锡黄铜，主要制于宋至明清，含铅、锌达20%以上，锡含量则降至6%~13%。

一般来说，制镜合金以前者为佳。因为当锡含量达到20%或稍高时，铜锡合金颜色亮白，硬度较高，研磨过后不会留下明显痕迹。含有少量铅，可增加耐磨性。

第二种合金则更软，不易抛光，颜色褐黄。宋镜纹饰不如汉唐精致，与此有关。不过从另一方面讲，这种合金也有其可取之处，质软便有不易碎裂的优点。

-“铸造”一面透光镜-

透光镜是用铜、锡等合金铸造而成的，按理说光线根本无法穿过。那么，透光镜的奥秘究竟是什么呢？

要铸造出一面透光镜，有几个关键要素。

第一，透光镜在造型上要具有凸面、薄体、宽边的特征，而且纹饰还要满足同心圆分布的结构，这样才能产生显著的环向铸造残余应力（如图所示）。汉代以后的铜镜纹饰复杂，镜体变得大而平，失去了相应的结构，也就无法透光。

第二，在浇铸过程中，由于透光镜镜体较薄，冷却得快；镜缘较厚，冷却得慢，镜缘逐渐收缩时，镜体已经凝固，有一定硬度，这样镜缘对镜体产生一种紧箍作用，而镜体对镜缘有了反方向的支撑作用。铜镜内部产生的这种相互作用力，就是铸造残余应力，它使镜体在原来上凸镜面基础上进一步向上拱起。

第三，在打磨过程中，透光镜的镜体变薄、硬度降低，但有纹饰的地方较厚、较硬，不易变形，没有纹饰的地方较薄，变形较大，从而使铸造残余应力得到释放，令镜体产生细微形变——薄的地方拱起较多，厚的地方拱起较少，形成了镜面的凹凸不平，这种形变肉眼很难看到。

当光源照射镜面时，有纹饰的地方凸起较小，比较平坦，反射光集中，反射到墙上的光明亮；无纹饰的地方凸起较多，反射光分散，反射到墙上的光比较暗。于是，墙上便呈现出与镜子背面完全相同的图案，感觉就像是光透过镜子，把背面图案投射到了墙上。

中国古人制造的透光镜，是世界青铜发展史中绚丽的一页，是中国古代科技的瑰宝。通过它，我们看到中国古人博大卓绝的智慧与审慎求索的精神在闪耀着光辉！

知识拓展 镜面反射和漫反射

光的反射是指光从一种介质射到另一种介质表面时，有部分光返回原介质中传播的现象，分为镜面反射和漫反射两种。

镜面反射是指平行光线射到光滑表面上时，反射光线也是平行的。例如，阳光照射到玻璃幕墙就是镜面反射。

漫反射是指平行光线射到凹凸不平的表面上时，反射光线射向各个方向。例如，电影屏幕就是漫反射。

本文来自《知识就是力量》杂志，原标题《奥妙无穷的古代“透光镜”》，撰文/陈典，有删改，原创作品转载请注明来源。

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扒一扒汉朝黑科技之青铜透光镜，外国人称它为“魔镜”

​科学技术就是第一生产力，古人的智慧出乎我们的想象，特别是在汉朝更是闪闪发光，亮瞎你的眼睛。我们今天说的这件汉朝的黑科技，简直就是只能用“逆天”二字来形容，他更是被外国人称为“魔镜”。今天，我们就一起来探究“魔镜”的那些秘密。

它就是汉朝的青铜透光镜，又名“见日之光”透光镜，这种镜子是西汉中晚期制作的具有特殊效果的青铜镜，被称为“魔镜”的铜镜。它之所以被称为”魔镜“，是因为它真的可以”透光“。铜镜本是古人照面容用的器物，但是西汉的透光镜却具有特殊的效应。它的镜面不仅能照人，在阳光或者平行光照射在镜面时，镜背的花纹还可以会映现在镜面对面的墙上，效果恰似光线从铜镜透过一般，堪称奇迹。

古人一直将这种具有幻术般效应的“透光镜”视为“神物”。然而遗憾的是，透光镜的技艺到了宋朝就失传了。透光镜也从此披上了一层神秘的色彩，被外国人称为“魔镜”。一千多年来，这种神奇的现象吸引了古今中外的众多学者，从我国宋代的沈括到清朝的郑复光，从中国到大洋彼岸，无数学者试图揭开这困扰了世界千年的古镜之谜。

后来，直到上世纪八十年代，在上海博物馆和上海交通大学等机构的共同努力，专家门才揭开了青铜透光镜的秘密。据有关专家研究，认为这种铜镜在铸造过程中，镜背的花纹图案凹凸处由于厚薄不同，经凝固收缩而产生铸造应力，铸造后经研磨又产生压应力，因而形成物理性质上的弹性形变。当研磨到一定程度时，这种弹性形变迭加地发生作用而使镜面与镜背花纹之间产生相应的曲率。

曲率的差异与纹饰相对应，当光线照射到镜面时，曲率较大的地方反射光比较分散，投影就较暗；曲率较小的地方反射光比较集中，投影就比较亮。所以，我们能从反射图像中看到有较亮的字迹花纹显现出来。这些是镜背面的图像，而从表面看来，铜镜好像真的能“透光”。

听来是不是很烧脑，总之一句话就是这个青铜透光镜很厉害，能发明它的汉朝人更厉害。汉朝的青铜镜透光镜是古代铸镜工艺上的一项杰出创造，表明汉朝在铜合金的冶炼、铸造和加工等方面已达到较高的技术水平。汉朝的青铜透光镜现藏于上海博物馆，在其馆藏的上万枚铜镜中，只有区区四枚这种透光镜，并且全都是汉朝的，异常珍贵。虽然我们费了九牛二虎之力发现了汉朝青铜透光镜的秘密，然并卵用，我们现在依然无法掌握这种高超的制作技艺。