将金属铁打磨得非常光滑，能当镜子用吗？
来源： 上海科技馆 发布时间：2024-02-27
镜子是我们生活中的常见物品。传统的镜子使用的是平板玻璃作为基板，而现代的镜子用的材料则更多样。
回溯历史，黑曜石、金属等材料也曾被用于制作镜子。那么为什么没出现过铁镜呢？金属铁被打磨光滑后，能当镜子用吗？今天我们就来探究一下。
01
镜中世界：从古至今的千年反射
镜子自古便与人类紧密相连。最初，人们在河湖中看到自己的倒影，这是最早的“镜子”。古人用“监”一词形容的镜子，实际上是一个盛水的盆。
以水为镜
图源：知乎
但你知道吗？公元前8000年，土耳其的先民用光滑的黑曜石制成了第一个硬质镜面，这种材料来自火山岩浆，具有高反射率。这种镜子曾被误认为是“乌玉镜”，但它实际上起源于中美洲的阿兹特克文明。
存世数量极少的中美洲阿兹特克黑曜石镜
图源：chinatimes.com
随着时间的流转，先辈们开始尝试使用金属来制造镜子。据考古资料，最早的铜镜出现于距今约4000年左右的齐家文化时期。制作铜镜是一个技术与艺术的融合过程，尤其当古代的技术条件有限时，人们通过加入铅来降低熔点。这种创新带动了铜镜的大规模生产与普及。
2000年前的西汉鎏金“中国大宁”铜镜
图源：中新社新媒体平台华舆官方账号
不止金属，玻璃也走进了镜子的历史。在中世纪，被誉为“玻璃王国”的威尼斯曾创制了一种镀水银的玻璃镜。先将锡箔贴在玻璃表面，再将水银倒在锡箔上，水银将锡溶解后形成了一种银白色合金，这层合金牢牢地黏附在玻璃面上，形成了真正意义上的玻璃镜子。
银镜反应
图源：sohu.com
然而，制造水银镜子太费事了，大约要花整整一个月的功夫才能做出来。况且，水银有毒，制成的镜面也不算太亮。
一百多年前，科学家利比喜发明了镀银的玻璃镜，英国皮尔顿兄弟又以连续镀银、镀铜、上漆、干燥等工艺改进了镀银法，人类从此迈入“现代镜”时代。
02
铁为什么没被用于制作镜子？
既然有铜镜，那有没有“铁镜”呢？
要解答这个问题，得先了解镜子的基本原理。当光线遇到物质，它会发生吸收、透过或反射现象。而反射又可分为：镜面反射和漫反射。
我们看到太阳光近似于平行光，当光线经过光滑的镜面反射后，沿着特定方向（遵循反射定律）传播。而在粗糙表面上反射时，尽管光线仍然遵循反射定律，但是光线因粗糙表面的微小不规则结构往四面八方传播，在各个方向上散开。
虽然可以将纯铁（fe）打磨得非常光滑以降低其漫反射，理论上能像镜子一样。然而在实际中，金属铁表面极易氧化形成氧化铁（fe2o3），氧化铁疏松多孔的结构导致光线无法有效地反射。因此，纯铁制作出的镜子，亮度还是太低。
但随着不锈钢的诞生，铁基表面不再疏松多孔，而是覆盖一层致密的氧化铬钝化膜，这使得其反射能力大大提高，因此也被用于制作镜面。
不锈钢镜面建筑
图源：预制建筑网
常见镜面不锈钢分为6k、8k、10k和12k这四种等级，以“8k”为例，其中的“8”是指含合金成分的比例，“k”是指经过抛光加工后的反射率所达到的等级。一般8k的镜面不锈钢就已经达到了普通镜子的光面效果，继续研磨至12k镜面不锈钢，可以达到表面超清晰、无磨头花、无划痕。
03
一些特殊的镜子
除了普通镜子外，其实还有很多神奇的镜子。上海博物馆收藏了一面神奇的汉代镜子：它的外形虽与普通圆形铜镜无异，但每当光线照在镜面上时，就能将镜子背面的纹饰反射出来，恰似整面镜子被光穿透一般。这便是西汉时期的透光镜“见日之光”。
“见日之光”透光镜
图源：sohu.com
宋代的沈括为我们揭示了它的制作原理：“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。”透光现象之所以产生，是因为淬火时的冷速不一致，导致铜镜镜面上存在许多凸面镜和凹面镜。
在反光时，凹面镜能使光线会聚，显得较亮，成像在透镜焦点之前，像普通镜子；而凸面镜会使光线发散，显得较暗，成像于透镜焦点之后。当光线从侧面或特定的入射角度照射时，人们就能从反射图像中看到较亮的字迹和花纹。这些是镜背面的图像，而从表面看来，铜镜好像真的能“透光”。哈哈镜也是一种神奇的存在，在19世纪30年代，法国的约瑟夫·普拉特纳发明了哈哈镜。
想象一下，当你走进一面镜子，发现自己突然长了个大头或变成了细高个，这种滑稽扭曲的形象正是由凸面镜和凹面镜造成的。它的原理是曲面镜引起的不规则光线反射与聚焦，造成散乱的影像。
位于上海大世界序厅的百年哈哈镜
图源：澎湃新闻∙ 快看
凹面镜具有正的聚焦力，可以使照射在它表面的平行光线反射后会汇聚到一个点上。**当一个人的面部或身体被放置在凹面镜的前方时，光线在通过凹面镜时发生反射，导致面部或身体的不同部位被放大，从而呈现出扭曲、变形或变胖的效果。凸面镜具有负的聚焦力，使通过它的平行光线会分散开来。当一个人的面部或身体被放置在凸面镜的前方时，光线在凸面镜表面发生反射，导致面部或身体的不同部位被缩小或变细，从而产生滑稽的视觉效果。而谈到单向透视镜时，我们应该都好奇过，为何一方可以看到对面，而另一方只能看到自己？
单向透视镜一般指单向玻璃，又称为单向透视玻璃等，它工作的原理完全基于光的物理特性，关键在于一层非常薄的金属膜，这层膜足够薄，可以让一部分光线穿透，同时反射另一部分光线。
单向透视镜
图源：sohu.com
这很大程度上取决于两边的光照条件。当一侧非常明亮，而另一侧相对较暗时，明亮一侧的人们会看到自己的反射，因为从这侧发出的光线大部分被反射回来，而较暗一侧透过的光很少。在暗的一侧，因为有一部分来自明亮一侧的光线可以穿透金属膜，所以人们可以透过玻璃看到明亮的一侧。
单向透射玻璃的“秘密”在于它的金属膜和周围环境的光照条件。如果你改变了光照条件，例如使暗侧变亮或明亮侧变暗，这种玻璃就会在原来一侧失去单向透射的效果，而在另一侧呈现单向透射。
近年来，智能镜更是为我们打开了一个充满无限可能的未来。它看起来像普通的镜子，但实际上具有屏幕显示、计算等功能，能够提供更多功能和交互体验，可触摸操作，查看新闻、天气、时间和便签等信息。
智能镜子
图源：sohu.com
光的魔法，已经跃出了镜面，成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。在这光影交错的世界里，镜子不仅仅是我们理发、化妆时的工具，更是承载了千年智慧和文化的历史遗产。
作者：冉国永，复旦大学博士在读
编辑：一人白
鸣谢： 苏州科技大学材料科学与工程学院 教授 马汝广 为本文提供科学指导
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