反射镜

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  反射镜大约在公元前218 年前后,随着马其顿王国的衰落和罗马王国的兴起,罗马人统一了意大利本土后向西扩张,遇到了另一个强国迦太基。两国之间发生了漫长的“布匿战争”。夹在这两霸之间有个城邦小国名叫叙拉古,经常受到两边的侵犯,幸得城里有大科学家阿基米德,依赖了他的聪明智慧,才使这弹丸小城能在夹缝中得以生存。那一年,罗马的舰队又在海军统帅克劳狄乌斯的率领下向叙拉古发起进攻。城里的国王只得恳请年逾70 的阿基米德再次出马。阿基米德在士兵的簇拥下出了城,站在高高的礁石上,看着那蓝天碧海,心里不胜惆怅,多么美丽的地中海啊,今天要面临一场厮杀。他用双手搭起遮阳篷眺望,只见庞大的罗马船舰影影绰绰,已进入视线,怎么办呢?城里的士兵都在北门外与罗马陆军对峙,剩下的只是些妇女和儿童。

  阿基米德仰天长叹,忽见万里无云骄阳似火,心里顿生一计,便说道:“事情紧急,赶快叫全城的妇女带了自己的梳妆镜到南门外集合。”再说罗马人的舰队已经逼近了叙拉古,克劳狄乌斯站在旗舰的指挥塔上仔细观看城堡,见城墙上并没有弯弓持枪的士兵。城门开着,走出三五成群的妇女,她们有的爬上礁石,有的走到海边,妇女群里还有老人和孩童??,这一定是他们出城投降吧!克劳狄乌斯想到这点不由放声大笑,传令水手奋力划桨。这时分散在海边的妇女、老人在阿基米德的指挥下排列成一个孤形,每人从怀里掏出了镜子。似火的阳光照射在镜面上立即发射出一束束强烈的火光会聚到罗马舰船的帆篷上,像一条条火舌在舔。水兵才闻到有焦糊味,抬头张望,桅杆上已腾起火苗,风长火势只不过十来分钟,浓烟大火弥漫了整个船队,可怜克劳狄乌斯苦心经营了多年的舰队在个把时辰里化作焦糊木板,漂散在地中海上。

  这个故事究竟是虚构,还是真实的,多年来说法不一。1973 年希腊工程师萨加斯做了一次模拟实验,他令50 名水手,每人拿了一面方镜把阳光都集中到一条小船上,几秒钟后小船冒烟,2 分钟后小船燃起了熊熊烈火。这个实验使一些历史学家开始相信用会聚阳光的办法使木船起火并非是无稽之谈。当然也有人认为罗马的船舰要远得多,萨加斯的实验并不能证明阳光也能点燃远处的船舰。

  据另一本古书上说,阿基米德是在城墙上固定了一面巨大的,经过精细打磨的四面镜,是这面凹镜会聚的光烧毁了42 米远的敌船。这里我们不再去考证这个事件的真伪。但有一点可以肯定,阿基米德对光的反射和各类面镜的作用有过认真的研究。相传他著述过《镜面反射》一书,可惜已经佚失。但根据古希腊阿波罗尼斯所著《论点火镜》一书可知,当时人已经掌握球面形的,旋转抛物面形的和旋转椭球面形的四面镜都能够会聚阳光,点燃物体,因此称它们为点火镜。

  我国古代的点火镜叫做“阳燧”,样子像一只酒盅。把阳燧向着太阳,可以将光聚为一点,点燃火绒。在先秦时代,青铜铸造的阳燧是贵族和富人常备的取火工具。只要有好太阳,随时可以拿出来取火。时至今日,凹镜还有它的用武之地。太阳灶就是利用阳燧原理:一个巨大的凹镜将阳光会聚起来烧水煮饭。直径大于10 米的凹镜会聚的太阳光能熔焊金属。法国的比利牛斯山上的太阳能高温炉,大凹面镜是由9000 块小反射镜组成,使位于焦点的炉内温度高达4000℃,是世界最大的太阳灶。

  现在更多的凹镜被用作反射镜。原来凹镜不仅可以把平行光会聚在它的焦点上,反过来,它也可以把放在焦点上的光源的光反射成平行光,平行光射得远。所以手电筒、探照灯和车灯里都安装了凹镜作反光镜。这种反光镜已经不是青铜制造,而是在铜、铁的基底上镀了反射率很高的金属铬。和凹镜相反的是凸镜。取一把大汤匙,用它的凸面照一下你的脸,可以发现汤匙尽管很小却能把整个脸都映现出来,说明它成的像是缩小的虚像。由于凸镜里看到的范围要比面积相仿的平面镜大得多,所以先秦时代的工匠都把小镜铸成了凸面。后来的人得到了古镜却不知其中的原委,用石块把凸起的镜面磨平,闹出了笑话。

  近代光学家指出,凹镜和凸镜采取球面并不好,最好采用抛物面镜,抛物面是将抛物线绕它的轴旋转而成的。只有抛物面凹镜才能最好地会聚阳光,而球面凹镜会产生“球面像差”,使像点成为一个弥散的光斑。所以现代凹镜都是抛物面状的。