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揭开透光古镜之谜

图文 收藏天下 2015-05-13 08:34:45

透光的说法是从唐代开始的,因为光线好像是穿透了金属的镜体,从镜子背面反射出来一样,所以透光镜的称呼也就传了下来。然而遗憾的是透光镜的制作方法却未能代代相传,反而给后人留下了一个谜团,透光镜也从此披上了一层神秘的色彩,被外国人称为魔镜。

一千多年来,这种神奇的现象吸引了古今中外的众多学者,从我国宋代的沈括到清朝的郑复光,从中国到大洋彼岸,无数学者试图揭开这困扰了世界千年的古镜之谜,但是没有人去用实验的方法来证实自己的猜测,或者更确切地说,没有人真正复制出与西汉透光古镜完全相同的镜子来。

直到1974年,我国学者铭记起总理的话,才真正投入到西汉透光古镜的研究中去。

马承源先生回忆说,我后来是请了阮崇武先生,他是当时上海科协主持这方面的工作。那么我们组织了很多高级工程师在博物馆开会,他来主持这个会议,分配任务,设想了各种方案、各种青铜透光镜可能成因的方案。交大、复旦、同济,还有几个厂一起做的,一起用不同的方案做的。

如果能搞清透光镜与其他铜镜的不同,答案可能也就找到了。由于上海博物馆有上万枚铜镜,发现所谓透光现象的只有四枚,而且都出现在汉代。那么汉 代的镜子有什么特点吗?与它之前战国时期的平面镜相比,汉代有很多镜子是凸面的,而透光镜就是凸面的。这是西汉透光镜的第一个特点:凸面镜。

在铜镜的铸造过程中,当温度高达上千度的金属液倒入事先做好的陶范,也就是古代铸铜用的模具,金属液在陶范中有个冷却凝固的过程,而问题也就在这个过程中出现了。

古镜

我们先来看看这四面透光镜的边缘,它们有一个共同的特点,就是相对镜体来说有一个又宽又厚的镜环。由于镜体较薄,所以冷却快,而镜环宽厚则冷却 速度慢。所以当镜体已经固定成型后,镜环还在冷却收缩,对镜体产生了一种紧箍作用,形成铸造残余应力。宽厚的镜环就是西汉透光镜的第二个特点。

上海交大的盛宗毅教授参加了研究,他发现镜子在铸造的时候,必然会产生很大的内应力。实际上他们在浇铸的时候,开箱早一点,这个镜子就裂掉了,这就证明它的内应力是很大的。

虽然镜体内部的应力很大,但镜体本身的刚度也很大,所以镜环的紧箍起初并不对镜子产生什么影响,就像用手去掰一块厚厚的铁板,铁板不会有丝毫变 化。但铜镜只有不断的磨才能保持光可照人。古时有一种磨镜的职业,宋代的磨镜人一定具备凹面的磨石,镜子在不断地研磨变薄时,镜子本身的刚度也就降低了, 从而残余应力得到释放,镜体产生变形,向镜面方向拱起,这时就像同样用手去掰一块薄铁片,铁片就会变弯。

我们来看透光镜的剖面图,镜体很薄,镜子有纹饰、铭文的地方和没有纹饰、铭文的镜底厚薄差距很大。当镜体产生变形时,镜底向镜面方向拱起程度 大,而镜环和纹饰的部位拱起小,所以形成了镜面的凹凸不平,当然这种变化肉眼很难看到。所以镜体薄,镜背凹凸处薄厚差距大是透光镜的第三个特点。

当一束平行光投射到镜面时,有纹饰的地方较平,反射光集中,而无纹饰的地方由于凸起,反射光发散,所以有花纹的地方反射到墙上的光明亮,而没有花纹的地方暗,墙上呈现出与镜背相同的图案。沈括和郑复光便看到了这一点。

但是,在一千年前,沈括便发出疑问,为什么他这里也有很薄的镜子,却不能透光呢?西汉透光镜还有一个特点,就是它的花纹是环向分布的,只有这时才能产生显著的环向铸造残余应力,在镜面形成较为规则的凹凸来。

马承源先生说,我们做了七个月的时间,最后交大首先出来的。那么这个透光镜的原理终于搞清楚了,是铸造跟磨制的结果。

在充分研究了西汉古镜的特点后,研究人员又通过不断地试验和理论论证,终于复制出完全与西汉古镜相同的镜子,并得出“铸造成因,研磨变形”的结论。这也正是清朝郑复光得出的结论。

研究的结果是可以告慰总理的,在总理诞辰100周年的时候,上海交大制作了一面精致的镜子,反射在光影中的,是我们所熟悉的总理的面容。当然,这面镜子已经不是古代所讲的透光镜。

无论西汉古镜是有意制造还是无意中得到的,后世的研究却为现代科学带来一些启示。

盛宗毅教授谈到他们研究结果在现代科学中的应用说:上海激光所,他们原来想要做一个非常光滑的能够反射激光平行光线的镜子。他们在制造过程中感 觉到反射的平行光线不平行,所以他们认为好像镜子的曲面不均匀。所以他们去给它磨得更均匀。结果呢,越磨越不均匀。后来我和他们分析了之后呢就感觉到, 噢,他们的镜背和托架是铸造在一起的,这个原理恰恰是和透光镜一样。就是你越磨,它的应力释放就越大。这个内侧的镜面变化就越大,那么越产生向不好的方向 发展。之后他们就说去把镜体和镜架完全脱开,听说他们现在把这个问题解决得很好。

我们也许无法尽详古人铸造透光镜的方法,但他们从发现透光现象到有意识地制造透光镜,而且还认识到透光的本质,这都说明了中国古代劳动人民的智慧,英国科学家李约瑟博士认为:这大概是在通往掌握金属表面微细结构道路上迈出的第一步。

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