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)