西汉黑科技——会透光的“魔镜”

来源:中科院半导体所发布时间:2023-04-241519浏览

来源：力学科普作者：小兔叽

镜子在我们现代生活中使用广泛。现在我们所用的镜子，自带发光按键，甚至可以根据需要调整亮度，科技的进步让大家已经习惯于这件样式繁多、功能新颖的生活用品。可小伙伴们有没有见过这样一面镜子？它诞生于距今千年以前的西汉。其镜面不仅可以映衬出人的模样，当光照射镜面时，镜子背面的文字和纹饰还可以投影出来。

这件事让古人和近代科学家们都惊呆了，因为众所周知，金属和玻璃不一样，它是不透光的。这种能够反射背面图案的铜镜叫做透光镜，在古代也叫魔镜。可惜的是，透光镜的制作工艺早已失传。隋唐时一个叫王度的人写了一本小说，叫做《古镜记》，里面就记载了在特定角度的光线照射下，镜子显现出隐藏图案的情形；北宋时期著名的科学家沈括也曾在《梦溪笔谈》中谈到过这种神奇的透光镜。

虽然透光镜的制作工艺早已失传，幸运的是在上海博物馆，仍珍藏着西汉时期的透光镜，让我们可以一睹它的“芳容”。这面魔镜外观正圆，直径7.4厘米，重50克，镜缘较为宽厚，镜面略呈凸形，镜背铸有铭文“见日之光，天下大明”。

🔺西汉“见日之光”镜

1961年7月，周恩来总理到上海博物馆视察时，看见了这面见日之光铜镜，特意询问了它的原理。工作人员告诉他，这面透光镜的原理还没有被破解。总理说：“为什么会透光，要研究。”直到近20年，经过文物工作者与科技工作者的合作研究，才揭开透光镜的秘密。

铸造透光镜时有两个关键：一是铸造过程中的冷却凝固的工艺。高达上千度的铜水倒入模具中，铜水有个冷却凝固的过程。透光镜的边沿又宽又厚，冷却速度较慢。而中心部分比较薄，冷却得很快。因此，铜镜中心部分冷却成型时，铜镜的镜缘仍在冷却收缩。在这样的情况下，后固化的地方会产生一个收缩压力，也称“铸造应力”。这也会使镜面有一个向外凸起的趋势。

上文提到的宋代科学家沈括在他的著作《梦溪笔谈》中便对透视镜的原理进行了分析：“人有原其理，以谓铸时薄处先冷，唯背文上差厚，后冷而铜缩多，文虽在背……”。他认为铸铜镜时，薄的地方先冷，而背面有花纹及文字的地方要厚一些，这些地方冷得慢，铜就收缩得多一些……所以，在日光照射下就显示出来了。但遗憾的是，这位宋代科学家也只是停留在猜想，并没有科学依据或文献作为佐证。

二是研磨抛光的工艺。上文中提到冷却凝固的过程中将产生铸造应力；研磨时又将产生应力，因而产生弹性形变，研磨到一定程度时，这些因素迭加在一起起作用，使镜面发生了与镜背花纹相应，但肉眼又不易察见的曲率，由于有曲率不能平行反射光线，形成了阴影，于是就产生了“透光”效应。因而有人也将西汉透光镜的透光机理归结为八个字“铸造成因，研磨成形”。

与普通青铜镜相比，透光镜边缘宽厚，中间极薄，背面花纹都围成一圈。考古研究员推断，具备这样特点的铜镜，才有机会被研磨成透光镜。从古代流传下来的透光铜镜无疑是稀世珍宝，当光照射至镜面时，透过镜子折射出来的璀璨光影交相辉映，仿佛古人跨越时空发来的问候。透光镜的出现，让我们对西汉时期的铜合金的冶炼、铸造和加工等有了更深刻的认识，也为考古学家研究汉代历史提供了珍贵的素材和线索。