从铜镜到回射器

武际可

镜子发明得非常早。大约公元前3000年左右，古埃及人就已经用青铜制作镜子。中国的青铜镜大约出现在公元前500年左右。

凹面镜与凸面镜

中国古代的铜镜有两种：一种是凹面镜，用来聚焦日光取火，也称阳燧;另一种是凸面镜，用来照人。

在《古今注》中有这样的记载：“燧，铜镜也，以铜为之，形如镜;照物则影倒，向日则火生;以艾承之，则火出。”根据物理光学原理，我们知道，对于凹面镜，物体在镜子的焦距以外，物体的像是倒着的;如果物体在焦距以内，则会得到比实物为大的正像。《古今注》的作者是晋朝人崔豹。可见，那时人们已经了解了凹面镜的原理。其实，春秋战国时代的著作《墨子》上，已经有关于镜子的光学解释。

那么，古人为什么把照人的镜子做成凸镜呢？这其中可能有两个原因。

首先，凸镜的视野比较大。用平面镜照人，人必须站在镜子正前方才能照见;如果站得偏离前方，照镜的人在镜子中间就看不到自己，看到的只是旁边的景物。凸镜的视野比较宽，照镜人即便稍微偏离镜子的正前方，也可以在镜中看见自己。正因为凸镜有这个优点，所以现今汽车驾驶室边上装置的几面反光镜都是凸镜，汽车行进时，司机可以从镜中看到车左右和后面的景物。

其次，凸镜中的像比实物小，这样一来，小镜子也可以看到比较大的场景。我们知道，要在平面镜中看清一个人的全身，镜子必须要做得很大才行，至少得有半人高;如果要看清楚照镜人的面孔，镜子也要做得有半张面孔大。古时候，铜是仅次于金和银的贵金属。所以，在铸镜时，为了节约铜的使用量，同时又要使镜子能够照见面孔或全身，把镜子做成凸镜显然是更经济的一种选择。我们通常看到的古镜只有巴掌大小，做得都很精致，上面还有各种纹饰或铭文。只有在皇家或权贵人家，才会有比较大的平面镜。

铜镜与玻璃镜

古代铸镜用的是铜锡合金，比较脆，在一块有棱的石头上一磕，就可能破碎成两块。我们知道，脆性物体断裂后的断茬各不相同，有多少裂口，就有多少不同的断茬。人们根本没办法复制，即使用现代技术，也很难复制得一模一样。在唐朝孟棨所著《本事诗》中记载了这样一件事：南朝陈将亡，驸马徐德言预料乱中夫妻会分离，便把一面铜镜破为两块，夫妻各执一块（一说是把两个半块镜子都给了妻子），并约定在正月十五到京城去卖，以通消息。其妻乐昌公主按预定之日托人到市上卖镜，被徐德言看见，买了下来，并托来人捎去一首诗：“镜与人具去，镜归人不归，无复嫦娥影，空留明月辉。”夫妻终得团圆，“破镜重圆”也成了一则典故。

人类学会用玻璃做镜子是很晚的事。古代，玻璃的产量很小，比较贵重，只能作为装饰品。人们称玻璃为“琉琳”“流离”“琉璃”或“月明珠”等。13世纪之后，意大利人首先发明了大批量生产玻璃的方法。15世纪，出现了用玻璃制作的镜子。我国的铜镜直到清代才逐渐被玻璃镜所取代。随着近代工业的发展，现在做镜子用的材料，除了玻璃外，还有铜以外的其他金属和塑料。

图1.汽车上的反光镜

用玻璃制作的镜子一旦出现，就有许多新花样，镜子也可以做得更大。穿衣镜、哈哈镜、探照灯用的抛物面镜、万花筒等，有的整座大楼的外部全是玻璃幕墙，不一而足。

镜子的升级版——回射器

根据前面的介绍，我们知道，不管是平面镜、凸镜还是凹镜，都有一个缺点，就是照镜子时，人得站在镜子正前方。凸镜略好，不过人的偏离角度也不能过大。有没有一种镜子，允许人对镜子有比较大的偏离，而且还能照见人呢？也就是说，不管光线从什么角度射来，镜子都能够把光线沿着原来的方向反射回去。

答案是肯定的。这种镜子被称为回射镜。如图2所示。把3个平面镜相互垂直地黏结到一起，形成一个角锥，就像空间坐标系的一个卦限一样。这个镜子的角锥就是一个回射镜。人只要站在角锥内部，不管在什么地方，都能看见自己完整的镜像。也就是说，处于角锥内部的任何一束光线，经过角锥反射后，会沿着平行于入射方向的方向反射回来。

图2. 3个相互垂直的平面镜所组成的简单的回射镜

回射镜虽然有诸多优点，但是平面镜的交线不容易做得十分精密，照出的人影上往往有几道线，看起来很不舒服。所以，人们日常生活中并不使用它们照人，而是用回射镜把光线反射回去。这种装置一般被称为回射器，也称逆反射器。

通常，自行车尾部都有一个用塑料制作的小回射器。它由许多小格组成，每一格都是3个相互垂直的平面镜。在自行车后面行驶的汽车，可以凭借自己的车灯，很远就能发现前面的自行车。因为自行车上这个小小的回射器可以把车灯的光线反射回去，而不管汽车和自行车的相对位置怎样。

回射器的用途非常广泛。我们知道，高速公路上是没有路灯的，汽车夜间行驶时，速度很快，完全靠各种回射器所制成的路标、文字、指示牌行车。有一些路标就和自行车尾部的回射器一样，汽车靠自己的车灯就可以辨别得很清楚。

还有一些用油漆画的行车线和文字标牌，采用的是另一种原理制成的回射器。这种回射器的原理是：入射光照射一个折射率较高的透明球体时，总有一部分光线经过全反射后沿原来的方向被反射回来，如露珠、雨滴、玻璃珠等都有这种本领。背着阳光察看露水或喷雾器喷出来的水雾，会看到一个个闪亮的光点，就是这个原理。于是，人们想办法在涂写路标的油漆中添加极细的玻璃珠，其直径不到1毫米，甚至更小。用这种油漆写出的字，对光线有回射的本领。如果再使用具有一定反射能力的油漆本底，这种涂料对光线的回射比例会更大。

利用回射器还可以进行精密的距离测量。1969年，美国的阿波罗登月计划中，一架回射器被放置到了月球上，地球上的人们向回射器发射激光，再从地球上接收回射的光。通过测量光线通过的时间，研究人员精确计算出月球与地球之间的距离，其误差不超过6厘米。此外，在测量人造卫星轨道、测量地球上较远的距离以及精确测量光速时，人们也都使用了回射器。

镜子的功能，是对光线进行简单的反射;回射器的功能是将光线从哪里来再送回哪里去，显然要复杂一些。如何制造出简单高效的回射器，仍然是现代应用技术研究的重要课题。

【责任编辑】赵  菲