西汉透光镜,西汉魔镜透光之谜，神奇的透光倒影是什么原理?
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1，西汉魔镜透光之谜，神奇的透光倒影是什么原理?
对于西汉铜镜奇特的透光现象，虽经历代中外学者九百多年的研究仍为千年不解之谜。因此，古代流传下来的透光镜都作为稀世珍宝。日本制造有透光效果的魔镜，是在江户以后相当于我国明朝的时候。由于魔镜作为神社或佛龛的神器，所以保存得较好。 古人一向将这种具有幻术般效应的“透光镜”视为“神物”，可是迷惘的是，透光镜至宋代即已失传。上海博物馆有上万枚铜镜，发现所谓透光景象的却只需四枚，并且都呈现在汉代。透光镜也从此披上了一层微妙的颜色，被外国人称为“魔镜”。 一千多年来，这种一起的景象招引了古今中外的很多专家，从我国宋代的沈括到清朝的郑复光，从我国到大洋彼岸，很多学者妄图掀开这利诱了国际千年的古镜之谜，可是没有人能用试验的方法证明自个的猜想，或许更切本地说，没有人真实复制出与西汉透光古镜彻底相同的镜子来。 一九七五年，上海交大盛宗毅副教授等用现代科学方法，揭开了透光镜的奥秘。他们研究认为：铸镜时铜镜背面花纹凹凸处不同速度的凝固收缩，产生铸造应力，研磨时又产生压应力，因而产生弹性形变，研磨到一定程度时，这些因素迭加地发生作用，使镜面产生了与镜背花纹相应，但肉眼又不易察见的曲率，由于有曲率不能平行反射光线，形成了阴影，于是就产生了透光效果。在这一研究成果基础上，上海交大青铜公司又经反复试验，终于成功地复制出了透光铜镜，并能批量生产。他们不仅解开了铜镜透光之谜，同时也满足了古玩收藏者的心愿。 西汉千年“魔镜”，阳光一照就能投影见日之光是西汉铜镜，直径7.4厘米，毛重50克。铜镜是古人照面孔用的器物。这件铜镜乍看上去与通常铜镜并无区别，但若以一束阳光照到镜面，反射后投影到壁上，壁上的光斑中就会奇迹般地显现出镜不好的图画、铭文，好像光线透过铜镜，把不好图画、文字映在壁上似的，故称透光镜。又由于在铜镜不好斑纹的外侧有铭文：“见日之光，全国大明”，所以该镜被命名为“见日之光”透光镜。
2，西汉铜镜透光的原理是什么？
原理：在铸造过程中,镜背的花纹图案凹凸处由于厚薄不同,经凝固收缩而产生铸造应力(物理现象),再经研磨又产生压应力,因而形成物理性质上的弹性形变。 当研磨到一定程度时,这种弹性形变叠加发生作用,使镜面与镜背花纹之间产生相应的曲率,从而导致出现这种透光效果。在上海、河南等地曾出土有大量的古代透光镜。 扩展资料： 一千多年来，透光镜的神奇现象吸引了古今中外的众多学者加以研究，从我国宋代的沈括到清朝的郑复光，从中国到大洋彼岸，无数学者都曾绞尽脑汁，想要揭开这困扰了世界千年的古镜之谜。 沈括和郑复光通过研究发现，透光镜有铭文和图案处非常厚，而无铭文处比较薄。而透光镜的边缘有一个又宽又厚的镜环。在铸造铜镜时，由于镜体较薄，所以冷却快，而镜环宽厚则冷却速度慢。 当镜体已经成型后，镜环还在冷却收缩，对镜体产生一种紧箍作用，形成铸造残余应力。而当镜体产生变形时，镜底向镜面方向拱起程度大，而镜环的部位拱起小，所以形成了镜面的凹凸不平。 这种差别虽然无法用肉眼辨识，但足以令反射光集散程度有所不同。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。 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，在镜面形成规则的凹凸来。所以，清朝郑复光研究后得出了〝铸造成因，研磨变形〞的结论。 参考资料：百度百科-透光镜
3，西汉透光镜 到底是什么原理？？
历史上对透光镜的描述，最早见于隋唐之际王度的《古镜记》，北宋沈括在《梦溪笔谈》中提到透光镜，并推测了其原理和制作方法。在此后的几百年中，通过中外学者的不懈努力，终于在20世纪的70年代，弄清了其中的奥秘。发生这种现象是由于在铸造冷却和加工研磨过程中产生的应力，使镜面产生了与镜背纹饰相应的起伏不平，这种现象目测是很难察觉的，更没有手感。当光线照射时，通过光程放大，平整处是折射光，拱起处是漫反射，镜面与文字线条相应不均匀，产生了与镜背花纹相应的效果，导致了类似透光的效果。
中外学者的几种观点
金属不会透光，为什麼这种叫做透光镜的铜镜，当太阳光对著镜面，反射光照到墙上，却会出现镜背的花纹呢？它又是怎样制造出来的呢？
国内外学者提出种种假设，归纳一下，不外是两种观点：
一. 镜面各点由於组织结构或成分不同，对光的反射率也不同，因而产生明暗不同的亮影；
二. 镜面各点由於凹凸曲率不等，对光的反射情况不一致，因而产生明暗不同的亮影。
如果观察镜面组织确实可发现与镜的厚薄有一定的关系。镜体薄处（无纹饰）晶粒细，没有明显的α初晶；厚处（镜背有纹饰）晶粒粗，有明显的α初晶。这种镜面组织上的差异是不是古镜透光的原因呢？西汉透光镜表面有一层白亮的薄膜，把整个镜面盖住，即镜面上原来这些组织结构的差异都被这层薄膜盖住了，在阳光下显不出来。由此可见西汉透光镜的透光与镜面组织无关。
为了进一步弄清楚镜面组织的差异与透光现象的关系，在自制的透光镜的镜面上，涂一层透明的硫化锌，再涂上一层金，结果仍有透光效应。若用真空镀膜的办法，在自制「透光镜」的镜面上涂一层铝或银，也显示透光效果。再说如果因厚薄不同造成组织晶粒的差异，而会发生透光现象，那麼凡是有厚薄差别甚至差别越大，透光效果也就越好。但实际上，几乎所有的古铜镜，镜背都有凸起的纹饰，特别是唐镜，有的厚薄差别极大，然而这麼大量的铜镜都没有透光现象。所以这种解释不符合实际情况。
那麼，西汉透光镜的透光是不是由於镜面的凹凸曲率差异而形成的呢？可以认为日本的魔镜是由於镜面的凹凸曲率差异而透光的，西汉透光镜的透光与日本魔镜的效果并不相同。日本魔镜在反射光时其图像只是在较短距离内的屏幕上才显示得比较清楚，超过某个距离，反映的图像就模糊；而西汉透光镜随著反射距离的增加，图像的亮度虽然逐渐减弱，明暗部分却逐渐增大。还有，有些魔镜反射图像是空心的，也就是图案的边缘是一条明亮的线，中心仍旧是暗的。而所有西汉透光镜所反射的图像都是明亮的实心。
从上海博物馆收藏的几面透光镜来看，它们的共同特点是：
一. 镜体周围有既阔且厚的边：
二. 镜体非常薄，仅有0.5～0.9毫米；
三. 镜面微凸，镜背与镜面曲率相应，除纹饰处外，整个铜镜厚度比较均匀；
四. 镜背有凸起的环向布置的纹饰，而没有垂直於圆周幅状凸起的线条。
残余应力是铜镜透光的基本因素
正由於西汉透光镜有前述的这些特徵，又由於铜镜在铸造过程中镜体较薄，冷得快；镜环较厚，泠得慢，当镜环还在冷凝收缩时，镜体已经凝固并具有一定的刚性。这时镜环的收缩对镜体起了紧箍的作用。同时，已经凝固的镜体，也对镜环起了一个支撑的作用。铜镜冷定后，镜体与镜环的作用力和反作用力的关系如图二所示。
镜体在受到径向压力P和弯矩M（M=RMt）的作用时，在镜体内产生残余应力。由於镜体是一凸面体，在残余应力作用下，镜体有拱起的趋势。不过镜体有一定的刚度，只有当镜体磨薄到一定的程度，抗弯的刚度已显著降低时，这种径向压力和弯矩的作用，才使镜体变形而明显地向镜面一边拱起。镜体各处的厚薄不相同（有纹饰处较厚，无纹饰处较薄，薄处的刚度比厚处小，镜体在拱起时，薄处变形就比厚处大，也就是薄处的凸起程度比厚处大。这就形成了透光镜镜面各处不同程度凸起的全凸镜面。铜镜在磨研时，镜体各处的刚度以不同的速率在不断降低，镜体各处变形的差别越来越大。镜面曲率的差异也愈来愈显著，变成越磨越不平的镜子。镜面的这种曲率差异与镜背的纹饰相对应，因此在阳光照射下反映出的明暗相间的图像正是镜背的图像。图三为镜面局部放大的示意图。
采用雷射光干涉法所摄的照片（the laser interfero-picture），可进一步证明以上的观点。透光镜的镜面是一个全凸面，对应镜背无纹饰处的镜面曲率半径较小，有纹饰处镜面曲率半径较大。实际上曲率所造成的势高差异实在太小，起伏仅有几个微米，肉眼根本无法察觉，只有通过光程放大之后，在反射图像中才能看到。从图三中可见，有铭文的厚处曲率较小，没有铭文的薄处曲率较大。当平行光照射到镜面时，曲率比较大的地方反射光较分散，在屏幕上的投影就比较暗，曲率比较小的地方反射光较集中，比较周围曲率大的镜面反射光，投影就比较亮，因此反射图像中有较亮的实心字迹花纹显现出来，这就是透光的奥秘。
日本魔镜的图像是空心的，原因是它采用了刮磨的方法。字迹的边缘正是厚薄交界的地方，刮磨时受力最大，在镜面上会产生相应的凹度，反射光特别集中。由此可见西汉透光镜与日本魔镜都有透光现象，但透光的原理并不完全相同。
在残余应力作用下造成曲率差异使铜镜透光，不仅通过力学理论计算所得的各处曲率与测量相符（计算从略），而且还可用另一试验得到验证。那就是将已磨成的透光镜将它打碎，或把镜环凿去，即将镜环与镜体分离，这样残余应力被释放，就会发现镜体再也不透光了。再有一个简单的试验也可证实上述的观点，就是把透光镜的个别字迹铣去，也就是将较厚处的厚度减少到与薄处一样的厚度。按前述理论分析，被铣薄的地方与原来就较薄的地方都会一样均匀地拱起，曲率变化也将一致，应不再有透光现象了，结果果然如此。
为了进一步证明引起残余应力的弯矩作用效果，可做一个简单的试验。当阳光照射透光镜时，用四指拿住镜环，同时用大姆指镜钮，结果可发现透光的效果更好。
为此又做了另一个试验，把铜镜搁在一个与镜环直径相同的圆环（见图四），在铜钮的中心加一载荷Q，在镜背的厚处和薄处相对的镜面上，分别测出径向和周向的应变值。可以看出这样的情况：随著载荷的增加，薄处的应变值其递增的速率要比厚处快得多。在一个受弯的构件中，应变是随曲率而变化，也就是说应变值的大小直接反映了曲率的大小，应变能测量，通过应变又能计算出应力，由此就能推导出应力和曲率的计算关系。尽管这种加载方式与实际镜体的受载情况不完全相同，但至少可以说是一个附加弯矩的模拟试验，反映了在镜体上受到模拟的残余应力的作用。加载Q以后，铜镜透光效果提高。这样的试验结果直观地反映了在弹性范围内，镜体在弯矩作用下，能使镜体厚处与薄处曲率差异增大，又一次证明了前述的理论分析符合事实。
有人会提出这样的问题，西汉透光镜距今已二千多年了，残余应力能这麼久地保持著而使透光镜仍有透光的效应？经研究，根据金属的物理性能，残余应力会随时间的延续而降低，但过了一段时间以后，残余应力的释放降低到某一数值以后，变化甚微。更重要的是，原在应力作用下的弹性变形，却转化为塑性变形而固定下来，也就是说，已造成的古铜镜的变形及各处的曲率差异都被保存下来。
磨研是铜镜透光的重要环节
既然具有西汉透光镜相同结构的镜坏，都存在铸造残余应力，那麼是否所有这些镜坏只要磨薄到一定时候，都有透光效应呢？事实上，同样的镜坏磨法不同，就有透光与不透光之分。例如，磨研时用力不均匀，镜面各处受力就不均匀，各处磨削的程度也就不一样。有的地方已经磨薄到不能再磨时，而另外一些地方还没有磨薄到可以透光的程度，当然就达不到透光的效果。而采取正确的磨研方法，镜面在磨盘上磨研，当镜体的厚薄各处的刚度小到一定程度时，镜面就明显地拱了起来，造成镜面的曲率差异，从而具有了透光效应。
但又发现在透光镜被打碎后，如前所说有些透光镜再也没有透光现象了。但是也有些透光镜打破后，仍有微弱的透光效应。那麼，这一事实可说明残余应力的重要作用外，还有别的影响因素。经我们的分析、试验、计算，认为还有一个磨研时造成的附加弹性应力，也能使镜面拱起。
现可简单地用作图法分析一下理想状态磨镜后的结果：铜镣镜坯开始在磨盘上磨研时，铜镜的球面曲率基本上与磨盘一致（见图五），本应磨出与磨盘完全一致、非常规则的球面，磨盘的曲率半径和镜面的曲率半径都该是R。但实际上，磨到一定程度，镜环就翘了起来，或者说镜面凸起来了，此时镜的平均曲率变为r（见图六）。镜弹起时，有纹饰部分较厚，刚性较大，接近原曲率半径R；无纹饰处弯曲起来，曲率半径接近r值，整个镜面曲率不一致，反射光发散度也有了差别，结果就出现了与镜背纹饰相对应的明暗图像，呈现出所谓透光效果。
为了证明磨镜时镜面变形情况，还作了专门的试验，计算出有纹饰处和无纹饰的势高差f（见图七），结果用雷射光干涉法实测的结果基本相符。
西汉透光镜的透光取决於：
一. 它的结构特徵；
二. 在它的特定结构下，残余应力的作用；
三. 一定的磨研技术。
这三者相辅相成构成了一个曲率有微小差异的全凸镜，镜面在阳光的照射下，不同的曲率所反射光集中和分散的程度也不一样，其明暗图像正是镜背纹饰的图案，因此造成了所谓透光现象。
毛增滇任教於上海交通大学工程力学系
4，透光铜镜的秘密是什么？
古代人所用的镜子是用青铜器制作的，经仔细磨光就能照人。 上海自然博物馆珍藏着一面传世珍宝——西汉透光铜镜。它与一般的铜镜不同，当太阳光一照，这面镜子就把它背面的图案及“见日之光天下大明”8个大字反射在对面的墙上形成“奇景”，所以外国人称之为“魔镜”。 铜镜磨光后能反射，当镜面曲率相同，则反射光线有规则地发散；当镜面曲率各处不一，则反射光线也随各处曲率不同而变化。由于西汉透光铜镜背面铸有图案及文字，造成镜面的曲率不同。于是，当太阳一照，就形成了“奇景”，这就是“魔镜”的千古之谜。 “魔镜”之谜有了科学解释，但早在汉代，如何制成镜面各处曲率随镜背图案、文字而变化的呢？ 根据上海交通大学古铜镜研究小组研究认为：那是西汉劳动人民利用力学原理的成果。这面透光铜镜的直径74毫米，镜面外凸，有阔厚的外缘及很薄的镜体，由青铜铸成。浇铸成型后，薄镜很快冷却下来，但阔厚的外缘却冷却得很慢，于是阔厚的外缘对很薄的镜体在冷却收缩过程中沿其四周有一种压力，随着磨工磨镜面，这种压力就逐渐显现出来，这压力使镜面各处由于镜背图案、文字造成的薄厚，产生出肉眼很难辨认的外凸，形成了与图案、文字相应的微小变化，致使镜面的曲率不同。太阳一照恰如透光一般，把镜背的图案和文字反射到对面墙上了。