爱华网古铜镜的奥秘── 西汉「透光镜」的研究历史和现况
铜镜的镜面平滑光亮能照映人物，因此代替了「鉴于止水」（《庄子?德充符篇》）的状况。而在镜背常装饰着各种图案花纹。
出土的铜镜不计其数，仅发现其中几枚二千年前西汉的古铜镜却有与众不同、奇妙独特的「透光」现象。尽管这种铜镜从外型上看与一般的铜镜很难区别，镜面也同样显得平滑光亮，毛发可鉴。众所周知，金属是不会透光的，然而当太阳光照在这透光镜的镜面时，其反射光照到墙上竟然能把镜背的花纹字迹清晰地显现出来。对这种奇妙的现象，古今中外不少学者进行了研究、争论，尚无定论。因此，成了千古之谜。经过我们大量的研究、共同努力终于揭开了中国「透光」古铜镜的奥秘。
中国历代的铜镜铜镜的兴衰简史
铜镜起源于何时，目前尚不能确定。在殷墟曾发掘了一座公元前十二世纪前半叶商代武丁时期、奴隶主贵族的墓葬，其出土文物中也有铜镜，说明在三千多年前已发明和使用了铜镜。
战国时期人们已普遍使用了铜镜。这时的铜镜开始制造时常带有殷商青铜器的传统风格，如饕餮纹、蟠螭纹等。以后自成一格，出现了四叶纹镜、山字纹镜等。《周礼?考工记》还记载了镜子的成分比例。秦以后，便开始出现带有铭文的铜镜。西汉自刘邦起，经济文化大发展，铁器普遍代替了铜器，兹因铜镜表面的反光效果比铁器要好得多，又不易生锈，所以铜镜仍继续使用并有发展。
东汉从和帝以后连年混战，经济衰退，铜镜的制造也很不考究，只有江浙一带尚有较好的可见。
唐朝经济文化发达辉煌，铜镜的制作也精美、讲究，铜镜的纹饰风格新颖、独特。出现了人物镜、花鸟镜，还有嵌珠玉、金银平脱等特殊加工的镜子。铜镜已成为互相馈赠的礼品。尤其是扬州地区的产品更是精致，曾指定作为贡品。五代以后，社会经济衰落，铜镜只注意实用。纹饰粗糙笨拙。赵宋统一中原以后，铜镜工艺曾得到短时期的繁荣，纹饰图案当时主要是花卉，给人以清新的感觉。宋代末期，铜镜不为官方重视。还规定铸镜要得到许可，否则作犯法论要判刑。
元明以后，铸镜已衰落，镜子一般都很粗糙简陋，当时的湖州镜颇为上乘。清代中期，由于玻璃镜子的普及，因而代替了铜镜的使用价值。
几种别具一格的铜镜
一凸面镜
二千多年前的汉朝已有凸面镜。战国时期的《墨经》中记载着平面镜、凹面镜和凸面镜的实验研究。能运用凹凸镜的光学原理，减小铜镜的尺寸，减轻铜镜的重量，扩大照映面。可说在世上对光学研究的最早论述。沈括在《梦溪笔谈》中，也专门对凸面镜的映照面进行了光学原理的解释。
二特大铜镜
渔洋山人的《精华录训纂》中，引用唐代无名氏《迷梦记》云：「铸乌铜屏数十面，其高五尺而宽三尺，磨以成鉴为屏，可环以寝……。」《太平御览?服用部》载：「陆机与弟云书曰：『仁寿殿前有大方铜镜，高五尺余，广三尺二寸，立着庭中，……』」制造这样大的平面镜是很不容易的。首先铸造要保证平面而不弯曲变形；其次铜镜材质极脆，又不能校直；再说镜面平整光亮是全靠手工打磨，大面积的打磨别说费工费时，能形成镜面也相当困难。
三夹镜
沈括在《梦溪笔谈》中谈到他曾「得一古镜……此夹镜也。……」，并对夹镜作了分析和调查。宋时姚宽在《西溪丛语》卷上谈到「近得一夹镜……制作奇古……。沈存中（即沈括）云：『夹镜最难得。』」沈括为了搞清夹镜的制造，他询问了很多镜工，皆罔然不测，可见当时制夹镜技术已经失传，而至今未见出土的夹镜，因此，详情就不得而知。
四透光镜
金属不会透过光线，这是人所皆知的事，而透光的铜镜居然能反射出镜背的图案花纹，人们都感到神秘莫测，因此，透光镜被历代人们视作宝物。鲁迅的《唐宋传奇集》中写过，唐代曾编出一神怪故事名谓《古镜记》，记载了透光镜的来历和它的特征，然后就叙述如何用这透光镜去降妖捉怪，镜精连同宝镜远逝。宋代除沈括曾论述透光镜之外，周密也在《癸辛杂记》续集下和《云烟过眼录》卷上论述过。
金朝麻九畴在《翰苑英华中州集》己集第六卷作有「赋伯玉透光镜」的一首诗。元朝吾邱衍的《闲居集》、明朝方以智的《物理小识》卷八、郎瑛的《七修类稿》、清朝郑复光的《镜镜詅痴》卷五、徐康的《前尘梦影录》以及徐元润的《铜仙传》等，都有论述透光镜的，并都谈到当时均不能制造透光镜，可见这项技术已经失传。
目前上海博物馆藏有的均是西汉时代的透光镜。镜面呈微凸类似现代汽车的反光镜。镜背都有精致、漂亮的纹饰和铭文，可谓稀世珍宝。
郑复光还提出当时湖州制造一种能「透光」的双喜镜，虽然至今没有发现这种镜子，不过这个情况是值得注意的。
现将三面透光镜作一简单介绍：
第一面是「见日之光」透光镜。此镜直径74公厘，重50克，边阔且厚，镜背中央是一圆形的镜钮，内圈为八曲连弧纹，外圈有铭文：「见日之光天下大明」八字。每字之间夹一【浏览原件】或【浏览原件】纹饰。「见日之光天下大明」是西汉中期青铜镜铭文中的习惯用语。制此镜约在武帝以后（见附图）。
第二面是「内清质以照明」透光镜。它的直径为127公厘，重280克，边阔且厚，镜背也有内外二圈，内圈有一个同心圆环及八曲连弧纹，中心也有一个圆钮。外圈有铭文：「内清质以照明，光像夫日月一ㄝ」（最后两字应是「不泄」），每字之间夹一「而」字。此镜属西汉中晚期所造。
第三面是「内清以照明」透光镜。其直径168公厘，重达750克，边亦阔亦厚，中央镜钮，内圈有同心圆及八曲连弧纹，外圈有铭文：「内清以昭明，光像夫之日月不泄」，每字中间各隔一「而」字。此镜也属西汉中晚期的作品。
中外学者对透光镜的研究
某些铜镜具有透光现象，推测在当时纯属偶然。由于古代的科学和技术条件的局限，不能稳定地掌握其规律而制造出透光镜。因此这项技术容易失传。史书由于讲不清其道理，故以后的文人见到这种玄妙的透光镜大为骇奇，就臆造编想出种种神秘的故事及荒诞无稽的传奇，把透光镜说成是神物、怪物。西方学者在一百年前也开始从事透光镜（西方称「魔镜」）的研究。
中国古代对透光镜的研究
根据现有文献的记载，第一个对透光镜的原理作出科学分析的是，九百年前宋代科学家沈括（公元1031～1095年），以后历代都有一些人想弄清楚透光镜的原理和制造方法。都很有独特见解，充分地显示了我国古代科学家的智慧和钻研精神，在此不一一例举，归纳起来，大致有以下几种观点：
一因铸造时冷却速度不同所致：沈括在《梦溪笔谈》中谈到「铸时薄处先冷，唯背文上差厚，后冷而铜缩多，文虽在背，而鉴面隐然有迹，所以于光中现。」他认为有字迹处镜子较厚，冷却速度较慢，收缩略大，相应在镜面处就有痕迹。只要镜体有厚薄，镜子都应有透光现象。但他又自问，如果正是这样，那么其它的镜子他看起来与透光镜一样有纹饰、有厚薄，又为何不透光呢？他认为：「古人别自有术」。意思是用一般制造铜镜的方法造不出透光镜。
二补铸法或镶嵌法制造的设想：元代吾邱衍在《闲居集》里对透光镜作了如下的论述：「假如镜背铸作盘龙，亦于镜面窍刻作龙如背所状，复以稍浊之铜填补铸入，削平镜面，加铅其上，向日射影，光随其铜之清浊分明暗也。」明代的方以智、何孟春和清代的徐康、徐元润都同意这种假设。何孟春还说：「有人碎镜观之，信然。」
三用镜面刮磨不平，「照人不觉，发光必见」。清代郑复光发展了沈括的镜面「隐然有迹」的假设，他明确提出所谓「迹」是凸凹之迹。镜面有了凸凹，在阳光下就「平处发为大光，其小有不平处光或他向，故见为花纹也。」其道理他在《镜镜詅痴》中作了进一步论述：「水静则平如砥，发光在壁，其光莹然动，则光中生纹，起伏不平故也……铜镜磨工不足，故多起伏不平，照人不觉，发光必见。」实际上阐述了光程放大的原理。至于镜面所以出现凸凹，他认为系由于「铸镜时铜热必伸」。因为「镜有花纹则有厚薄，薄处先冷，其质既定，背文差厚，犹热而伸，故镜面（指厚处）隐隐隆起。」另外，他还认为镜要经过「刮」和「磨」的过程，而磨和刮将产生不同的影响。「磨至极平，自无凸凹。」「惟夫刮刀在乎，随凸凹生轻重，故终有凸凹之迹。」由于刮磨时「刮多磨少，终不能极平」，所以镜面仍有凸凹。正因为他肯定「透光」现象是镜面凸凹所致，故不同意吾邱衍的说法。
国外对透光镜的研究
西方从事透光镜的研究是从十九世纪开始的。欧洲人第一个知道透光镜的是普林塞泊（J.Prinsep）。1832年他在加尔各答看见这种镜子，特地在《Journal of AsiaticSociety》上作了介绍。英国物理学家布鲁斯特（D.Brewster），认为这种透光效应是由于金属密度不同造成的。他的观点与我国吾邱衍却是不谋而合。1844年著名的法国天文学家阿拉果（D.F. Arago），赠送了一面透光镜给法国科学院，从而引起欧洲各国科学界的热烈讨论。
日本开始有青铜镜大约相当于我国汉代，是由朝鲜半岛输入的。当时从中国输入的青铜镜、铁剑和勾玉，被称为三神器。
日本制造有透光效果的魔镜是在江户以后（吉田贞治：《关于日本魔镜》），相当于我国明朝的时候。1878年十二月在《Proceedingsof the RoyalSociety》对日本魔镜作了透光的分析，认为厚处镜面部分相应下陷，反射光集中；镜体薄处镜面凸起，反射光分散，因而出现与镜背纹饰相应的明暗不同的投影像。此说与我国的沈括和郑复光的观点极为相同。
意大利和法国的科学家也进行了其它有趣的实验。有哥维（M.Govi）用加热使镜背有浮雕图形显示效应的实验。法国的伯森用镜背刻一线痕显影的实验。伯尔亭（A. Bertin）和杜博施克（J.Duboseg）用镜背加压的方法显影实验。这个奇怪的魔镜使欧洲不少学者足足争论了一百年。1932年英国著名物理学家布拉格（W.H.Bragg），在他编写的光学教材《光的世界》（The Universe of Light）专门介绍魔镜的透光原理。
日本学者围绕着日本魔镜作了研究（登石健三和石川陆郎用舒利莱法则测定镜面的微面凹凸）。日本国立博物馆的朝北奈贞认为魔镜现象在于铜的偏析。东京大学的营野猛则认为铸造残余应力是主要原因。而被日本国荣称为「无形文化财」的制镜师山本凤龙通过研究，确认布拉格的解释。我们发现国外某些学者的研究能解释日本的魔镜，却不能对中国的透光镜作出全面正确的解释。
透光镜的透光原理今解
透光镜的透光原理，古今中外曾有各种不同假设，归纳一下不外两种基本观点：
一镜面各点由于组织结构或成分之不同，对光的反射率也不同，因而产生明暗不同的亮影。
二镜面各点由于曲率不等，对光的反射情况不一致，因而产生明暗不同的亮影。
镜面组织结构或成分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。因此，组织成分的差异已被这层薄膜盖住。阳光并不直接照射在这些镜面组织上，这说明西汉透光镜的透光与镜面组织无关。我们曾在自制的透光镜上涂了一层金或银的镀膜，发现涂镀膜前后的透光效应基本上无变化。这就充分说明透光镜之所以透光主要由于其它因素，而与镜面组织关系不大。
那么，西汉透光镜的透光是不是由于镜面的曲率差异呢？日本魔镜是由于镜面曲率差异而透光的铜镜。但是我们把西汉透光镜与日本魔镜所反映的图像作比较，就会发现它们之间有很大的不同。日本魔镜在反射光时，当屏幕不在一定距离的位置上，所反映的图像就比较模糊。其原因是因为它的镜面有凸凹。当光线射到凹处，其反射光到屏幕的距离在焦距以内时，反射光就会会聚而发光；如果屏幕在焦点以外时，就不能形成图像。而西汉的透光镜随着反射距离的增加，始终有图像，只是图像的亮度随之减弱，明暗部分却逐渐增大。说明反射光没有会聚点，在任何反射距离都能发散出去。可见镜面并没有凹下去的地方，整个镜面是一个有曲率差异的全凸面。
镜背有文饰处较厚，刚度较大，变形造成的曲率较小，当光线射到该处镜面时相对来说反射光就较为集中，光亮度较强；反之，镜背无文饰处较薄，刚度较小，在外力作用时其变形造成的曲率就较大，当光线射到该处镜面时，反射光较发散，在屏幕上光亮度就显得较弱。这样就造成了镜背文饰显现在反射面的屏幕上，正因其势高很小，故肉眼不可见。用雷射干涉法摄取干涉图像（theinterferogram by using laser interferometry）证明了这一观点。
总而言之，造成西汉透光镜透光的原因主要有以下三点：
一、西汉本身的造型特点；二、铸造残余应力（casting residualstresses）是铜镜透光的基本因素；三、研磨是铜镜透光的重要环节。
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