2015年3月17日 星期二

揭開西漢透光古鏡之謎


揭開古鏡之謎揭開古鏡之謎
這張照片珍藏在上海博物館原館長馬承源老先生的家中。 總理手中拿著的是一面著名的西漢透光古鏡,也就是能夠在反射光中現出背面紋飾的鏡子。 那是1969年夏天的一個下午,上海博物館迎來了一位尊貴的參觀者,周恩來總理,總理是一個人來的。
上海博物館原館長馬承源先生回憶說,我們把最好的文物搬出來請總理欣賞,其中有透光鏡。那麼我把透光鏡介紹給總理,總理覺得這個事情很奇怪,他親自把這個透光鏡拿到我們這個窗口上反复看,我就給他解釋。 那麼總理也對透光鏡的原理做了種種推想,當然這個不是實驗的結果,只是一種推想,最後他說,這個你們以後要好好地做工作,把這個道理搞清楚。
透光的說法是從唐代開始的,因為光線好像是穿透了金屬的鏡體,從鏡子背面反射出來一樣,所​​以透光鏡的稱呼也就傳了下來。 然而遺憾的是透光鏡的製作方法卻未能代代相傳,反而給後人留下了一個謎團,透光鏡也從此披上了一層神秘的色彩,被外國人稱為魔鏡。
一千多年來,這種神奇的現象吸引了古今中外的眾多學者,從我國宋代的沈括到清朝的鄭復光,從中國到大洋彼岸,無數學者試圖揭開這困擾了世界千年的古鏡之謎,但是沒有人去用實驗的方法來證實自己的猜測,或者更確切地說,沒有人真正複製出與西漢透光古鏡完全相同的鏡子來。
直到1974年,我國學者銘記起總理的話,才真正投入到西漢透光古鏡的研究中去。
馬承源先生回憶說,我後來是請了阮崇武先生,他是當時上海科協主持這方面的工作。 那麼我們組織了很多高級工程師在博物館開會,他來主持這個會議,分配任務,設想了各種方案、各種青銅透光鏡可能成因的方案。 交大、復旦、同濟,還有幾個廠一起做的,一起用不同的方案做的。
如果能搞清透光鏡與其他銅鏡的不同,答案可能也就找到了。 由於上海博物館有上萬枚銅鏡,發現所謂透光現象的只有四枚,而且都出現在漢代。 那麼漢代的鏡子有什麼特點嗎? 與它之前戰國時期的平面鏡相比,漢代有很多鏡子是凸面的,而透光鏡就是凸面的。 這是西漢透光鏡的第一個特點:凸面鏡。
在銅鏡的鑄造過程中,當溫度高達上千度的金屬液倒入事先做好的陶範,也就是古代鑄銅用的模具,金屬液在陶範中有個冷卻凝固的過程,而問題也就在這個過程中出現了。
古镜古鏡
我們先來看看這四面透光鏡的邊緣,它們有一個共同的特點,就是相對鏡體來說有一個又寬又厚的鏡環。 由於鏡體較薄,所以冷卻快,而鏡環寬厚則冷卻速度慢。 所以當鏡體已經固定成型後,鏡環還在冷卻收縮,對鏡體產生了一種緊箍作用,形成鑄造殘餘應力。 寬厚的鏡環就是西漢透光鏡的第二個特點。
上海交大的盛宗毅教授參加了研究,他發現鏡子在鑄造的時候,必然會產生很大的內應力。 實際上他們在澆鑄的時候,開箱早一點,這個鏡子就裂掉了,這就證明它的內應力是很大的。
雖然鏡體內部的應力很大,但鏡體本身的剛度也很大,所以鏡環的緊箍起初並不對鏡子產生什麼影響,就像用手去掰一塊厚厚的鐵板,鐵板不會有絲毫變化。 但銅鏡只有不斷的磨才能保持光可照人。 古時有一種磨鏡的職業,宋代的磨鏡人一定具備凹面的磨石,鏡子在不斷地研磨變薄時,鏡子本身的剛度也就降低了,從而殘餘應力得到釋放,鏡體產生變形,向鏡面方向拱起,這時就像同樣用手去掰一塊薄鐵片,鐵片就會變彎。
我們來看透光鏡的剖面圖,鏡體很薄,鏡子有紋飾、銘文的地方和沒有紋飾、銘文的鏡底厚薄差距很大。 當鏡體產生變形時,鏡底向鏡面方向拱起程度大,而鏡環和紋飾的部位拱起小,所以形成了鏡面的凹凸不平,當然這種變化肉眼很難看到。 所以鏡體薄,鏡背凹凸處薄厚差距大是透光鏡的第三個特點。
當一束平行光投射到鏡面時,有紋飾的地方較平,反射光集中,而無紋飾的地方由於凸起,反射光發散,所以有花紋的地方反射到牆上的光明亮,而沒有花紋的地方暗,牆上呈現出與鏡背相同的圖案。 沈括和鄭復光便看到了這一點。
但是,在一千年前,沈括便發出疑問,為什麼他這裡也有很薄的鏡子,卻不能透光呢? 西漢透光鏡還有一個特點,就是它的花紋是環向分佈的,只有這時才能產生顯著的環向鑄造殘餘應力,在鏡面形成較為規則的凹凸來。
馬承源先生說,我們做了七個月的時間,最後交大首先出來的。 那麼這個透光鏡的原理終於搞清楚了,是鑄造跟磨製的結果。
在充分研究了西漢古鏡的特點後,研究人員又通過不斷地試驗和理論論證,終於復制出完全與西漢古鏡相同的鏡子,並得出“鑄造成因,研磨變形”的結論。 這也正是清朝鄭復光得出的結論。
研究的結果是可以告慰總理的,在總理誕辰100週年的時候,上海交大製作了一面精緻的鏡子,反射在光影中的,是我們所熟悉的總理的面容。 當然,這面鏡子已經不是古代所講的透光鏡。
無論西漢古鏡是有意製造還是無意中得到的,後世的研究卻為現代科學帶來一些啟示。
盛宗毅教授談到他們研究結果在現代科學中的應用說:上海激光所,他們原來想要做一個非常光滑的能夠反射激光平行光線的鏡子。 他們在製造過程中感覺到反射的平行光線不平行,所以他們認為好像鏡子的曲面不均勻。 所以他們去給它磨得更均勻。 結果呢,越磨越不均勻。 後來我和他們分析了之後呢就感覺到,噢,他們的鏡背和托架是鑄造在一起的,這個原理恰恰是和透光鏡一樣。 就是你越磨,它的應力釋放就越大。 這個內側的鏡面變化就越大,那麼越產生向不好的方向發展。 之後他們就說去把鏡體和鏡架完全脫開,聽說他們現在把這個問題解決得很好。
我們也許無法盡詳古人鑄造透光鏡的方法,但他們從發現透光現像到有意識地製造透光鏡,而且還認識到透光的本質,這都說明了中國古代勞動人民的智慧,英國科學家李約瑟博士認為:這大概是在通往掌握金屬表面微細結構道路上邁出的第一步。
來源: 山東收藏網