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)