光学知识—墓穴里的镜子

本文译自Stephen R. Wilk所撰写的Mirror, Mirror in the Tomb一文，文章发表在Optics & Photonics News, 2021, 32(6):18­–20上。翻译目的为分享知识，欢迎指正。如有侵权，请告知删除。点击文末原文链接可以阅读英文原文。

墓穴里的镜子

好莱坞似乎相信古人用多面镜子照亮建筑物内部，但这是真的吗？

有时，一个学术笑话或故意夸大的猜测能呈现出自己的伪科学生涯。

例如，Joseph Norman Lockyer爵士在他的书《天文学的黎明》(The Dawn of Astronomy)（1894年）中曾说，埃及庙宇里没有发现燃烧材料，而“笑着”暗示古埃及人用的是电照明。当然，这个有意义的词“笑着”先被搁置了，最终人们开始认真对待这个想法。这一点于1970年达到了顶峰，当时畅销书作家Erich van Daniken写道，古代宇航员将先进技术赋予了古人。

当然，Lockyer并不是真的认为电灯在几千年前就被使用了。他从更早的考古天文学投机者Charles François Dupuis那里得到了启示，后者在1795年的《邪教的起源》(Origine des tous les Cultes)一书中写道，赫里奥波里斯(Heliopolis)的一座寺庙“通过镜子整天淹没在阳光下。”

Lockyer同意他的观点：“毫无疑问，在最深的墓穴里所有的铭文都是通过反射阳光的方式刻出来的，“ 他写道。”墓廊内有一个固定的镜子系统，不管墓廊的长度如何，外面有一个可移动的镜子，可以跟踪埃及太阳的轨迹，并将太阳光束反射到墓内，因此无论多远，墓廊的任何部分都有可能保持恒定的光照。”

Lockyer在这一点上的话有相当大的分量，因为他不仅仅是一个推测埃及考古天文学的人—他有令人印象深刻的跨学科科学素养。他是英国南肯辛顿皇家科学院的第一位天文物理学教授，《自然》杂志的创办人和第一任编辑，此外还是元素氦的共同发现者之一。

尽管如此，现代光学科学家和埃及学家对Lockyer的墓穴照明理论并不以为然。据报道，许多地下洞室中都有大量的烟尘，还发现了照明材料和它们的代表。此外，一个制作和保持良好的火焰不需要非常乌黑。而且，那个时代标准的铜镜或青铜镜并不是特别好的反光镜，而不是绝对平坦的镜子将很快失去大部分光线。即使一个完美的镜子也必须应对这样一个事实：太阳的有限角度范围意味着光线会发散。

简言之，在我看来，一个人可以用一个或者几个镜子将光线直射到一个很深的房间里的一小段距离，但这不是很令人满意，也不是容易完成的小事，而且最终似乎不太可能。

Hatnefer墓中的铜合金镜子，约公元前1492-1493年。[大都会艺术博物馆(Metropolitan Museum of Art)，罗杰斯基金会(Rogers Fund)，1936年]

电影里

Lockyer坚持自己的立场，然而，他的暗示反复出现，最终进入了流行文化。1954年的电影《印加人的秘密》（Secret of The Incas）以查尔顿·赫斯顿（Charlton Heston）为主角，他是一位寻找遗失宝藏的冒险家，宝藏的位置是由放置在印加古墓内外的镜子反射的阳光所揭示的。这部电影似乎对史蒂文·斯皮尔伯格 (Steven Spielberg)产生了强烈的影响，因为他的主人公印第安纳·琼斯 (Indiana Jones) 穿着几乎和赫斯顿的哈利·斯蒂尔 (Harry Steele) 一模一样的衣服，在1981年的经典影片《夺宝奇兵》(Raiders of the Lost Ark) 中，通过跟踪一束穿过埃及神庙房间的阳光，发现了约柜 (Ark of the Covenant) 的位置。

但真正引人注目的流行文化成果出现在1999年的电影《木乃伊》(The Mummy) 中，布兰登·费舍 (Brendan Fraser) 饰演的里克·奥康奈尔 (Rick O'Connell) 走进一座墓穴，对着镜子的支架开枪，使镜子准直将阳光射入室内—不仅照亮了一个地方，还照亮了整个房间。这是Dupuis的幻想带入了电影生活。

在这一系列大片之后，这个想法开始在漫画书、文学作品、更多的电影和电子游戏中随处可见。这个不太可能的想法甚至在网站TV Tropes上有自己的页面，这是这个概念“成功”的一个明确标志。电视节目《流言终结者》(MythBusters) 试图复制这个效果，从它在《木乃伊》中的化身开始。节目的裁决是：用镜子照亮墓穴的想法“看似合理，但很可笑”，因为镜子装置提供的照明水平极低。

几个世纪的镜子

虽然镜子可能是照亮埃及墓穴的一个牵强的解决方案，但那是几千年前。从那时起，技术有所改进。

虽然镜子可能是照亮埃及墓穴的一个牵强的解决方案，但那是几千年前。从那时起，技术进步了，这就引出了一个问题：历史上有没有其他社会设法利用镜子将阳光直射到建筑物中？毕竟，古罗马人发明了足够大的金属背衬玻璃镜来显示完整的人像，到了1679年，法国人在凡尔赛宫的镜子大厅的墙壁上铺上了金属背衬玻璃镜。

我发现的有人为了把阳光引入建筑物而建造一个永久性结构的第一个真正例子是数学家和自然哲学家Willem ’s Gravesande的工作，他在18世纪初发明了他称之为轻便回照器 (porte lumiere) 或“光之门”的东西。这个装置由一面镜子和一个聚光镜组成，可以将阳光重定向到黑暗的房间，为实验提供光线。它在下个世纪被Thomas Drummond重新发明并称之为定日镜。

这两个术语都逐渐被使用，轻便回照器是一种没有自动驱动来调整镜子的装置，定日镜是一种装置，其中的发条机构用来保证第一面镜子将阳光引导到正确的方向以稳定输出光的方向。这两种装置都是在19世纪下半叶用于教学目的，之后才发展出可靠明亮的实验用电照明。

然而，即使使用发条驱动，试图用镜子将阳光送入建筑物也是棘手和低效的。随着城市的发展，更高的建筑物挡住了阳光，人们开始寻找能将光线照射到建筑物中的装置，但起初这些装置都是被动装置，用玻璃棱镜代替镜子。玻璃砖变得很流行，棱镜砖也很流行，它可以接收阳光并将阳光折射到室内。在人行道上，厚厚的玻璃块镶嵌在铁架上，将阳光射入地下室，玻璃块的底部做成棱镜形状以分散光线。

现代镜子照明

直到21世纪的现在，廉价可编程的定日镜系统才开始作为实用的建筑元素用来照亮建筑内部。

直到21世纪的现在，廉价可编程的定日镜系统才开始作为实用的建筑元素用来照亮建筑内部。一旦定日镜沿着临界轴引导阳光，高反射的内部反射镜就可以将光以高效率引入建筑物（另见Daylighting，OPN，2018年11月，第24)页。

这一点的最终体现是使用巨大的镜子将阳光重定向到深谷中的城镇，这些城镇可能数周内都看不到阳光直射。据我所知，两个小镇—挪威的Rjukan和意大利阿尔卑斯山区的Viganella—利用了这个技巧。Viganella在2006年建造了它的镜子系统，用一个8米×5米的单镜来将阳光照进小镇广场。Rjukan在2013年建造了一个由3个17平方米的镜子组成的系统，每年1月，当阳光不足的小镇最黑暗的时候，在镇广场上投射大约两个小时的光线，以帮助缓解季节性的抑郁性障碍。

挪威小镇Rjukan的广场被镜子照亮。[K.M. Jakobsen/ visitRjukan]

更为雄心勃勃的想法是在轨道上运行的“太阳镜”以把光线引导到缺乏阳光的地区。美国宇航局在1982年写了一份关于这一概念的报告，俄罗斯航天计划不仅对其进行了研究，而且在1993年用Znamya（“旗帜”）卫星进行了短暂的测试，使用直径65英尺的镀铝聚酯薄膜反射器将2.5英里宽的光束反射到地球上。此外，据报道，在中国，天文学家正在考虑一种用于夜间照明的“人造月球”，该卫星原本计划于去年发射入轨。

这种复杂的镜子照明可能一开始只是一种被误导的理论，后来演变成电影神话，但现在它很大程度上已经成为现实。

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