乾清宫组合镜隐藏的光学原理

乾清宫内的后方座镜@*#*。周乾摄

　　【博览荟】

　　◎周 乾

　　位于故宫内廷区域的乾清宫*@，在清代为帝王处理日常政务的场所*%##@。乾清宫内宝座前后两侧*#%##，各有清代座镜一个@%*##。各镜均属于平面镜%%@%*，总宽约3米*@*，总高约4.5米@%##%，底座为紫檀雕龙造型*%%。乾清宫宝座旁安放多个平面镜*@##，大臣在进入殿内过程中#%@*，既可看到宝座上皇帝的正身实像@@%，又可从宝座两侧的平面镜中看到皇帝“分形”(侧身虚像)%%*#。从光学角度而言@*，组合平面镜的运用@*，反映了古人对镜面反射的认识*%。

　　光的镜面反射#@#@，是指光在均匀的同种介质中沿着直线传播#@@，而传播到镜子等光滑物质表面上时@*#@@，会改变方向@#%，返回到原来的介质中#%。古人对镜面反射有着较为丰富的认识#@*%。如战国时期的《墨经》认为：阳光直射到人体*@%，则人影在人体另一侧；但阳光经过平面镜反射到人体%#*，则人影位于太阳与人体之间@@。又如南宋魏了翁在《春秋左传要义》中认为：当火光斜照水面@%，或日光斜照镜面时%#*@，会产生“旁照他物”的效果%#%*，即产生镜面反射的效果#**。再如明代方以智在《物理小识》中认为：太阳照射地面的水@**，或用火光照射镜面%%，均可看到光反射到屋梁上#*。方以智称之为“转光”***%@。

　　两个平面镜组合##*，可以改变光路**#*，古人用此法来隔墙观物@@*%@。如西汉时期刘安的《淮南万毕术》载：“取大镜高悬@@，置水盘于其下@***，则见四邻%****。”这句话的大意是：将一面镜子挂在院墙上%#@#@，镜子下面放一个盛有水的盆*#%#@，那么院墙外的景物可以通过镜子反射到水面上*%，再通过水面反射到人的眼睛里##%，这样人就可以看到院墙外的景物了%*##*。实际上##%@，上述两个平面镜的组合运用方式@#*@%，与近代潜望镜的原理基本相同#*。潜望镜由上下两个平面镜组成：上面的位于水面以上#%#@，下面的则位于水面以下@#%，二镜均与平面成45度夹角*#@。当水面上景物反射的水平光线射到第一个平面镜后##%*@，垂直向下射向第二个平面镜*%##*，再经过第二个平面镜反射后**，又变成水平光线*#@%，映入观者的眼帘*#@。这样@*，观者就可从水面下观测到水面上的景物了#@。

　　古人对两个平面镜组合成像的规律进行了探讨%*%。唐代路德明在《经典释文》中认为：当一面镜子的反射光遇到另一面镜子@%*#，就会变成入射光%#*##，并再次产生反射；在两面镜子中的成像%*#，不仅有实物的像@%@*@，还有像的二次成像%*#，因而可以看到多个成像**@*。明代熊明遇在《格致草》中指出：两个平面镜组合成像%%**，其中第二个镜子成像的内容%%#@#，不仅包括第一个镜子已有的像%#%@，还包括镜外的一些事物##。清代刘岳云在《格物中法》中进一步认为：光的镜面反射%#@，入射角等于反射角；两镜相照@@@#@，光从两镜中入射角度相同时*@*，则两镜中有多个像**。

　　多个平面镜组合*@#%，可形成多个虚像%%**。古代道士们利用这种成像特点#*，修炼“分形术”%##%。如晋代葛洪在《抱朴子》中提出了道教“四规镜”用法#@**，以展示“法力”或“神性”*%。所谓“四规镜”#@#@，即在人的前后左右各放一面镜子@%%#*，则可在镜子中看到道教中的诸位“神仙”(实际就是观者本人的正面、背面、侧面等多方位的像)%*。乾清宫宝座两侧平面镜的组合运用*@@，与“四规镜”有一定的相似之处@%*。

　　五代道士谭峭在《化书》中#@#@，进一步描述了多个组合平面镜的成像特点：用一个镜子照人的形体#@@**，用其他镜子照形体所成之影像#%*#，镜子之间互照**，影像则不断成像@#**，在镜子间传递#%*。所有镜子之影像#*，不会改变形体衣冠###%*，而服饰上的花纹色泽亦不会衰退@#。而这些镜子所成之影像%*#*，皆为同一人的形体**，且可以产生形影难辨、虚实难分的效果@#*。

　　从科学角度而言@*，古代“分形术”实质就是将多面镜子组合后%%%，产生多次反射成像的效果@**。而乾清宫内安放的多面雕龙座镜%%##，则可反映古人对组合平面镜成像规律的认识@#@，亦为我国光学史研究的宝贵实物资料@%@#。

　　(作者系故宫博物院研究馆员)