古铜镜的奥秘──西汉「透光镜」的研究历史和现况 汉代古铜镜

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。
古铜镜的奥秘──西汉「透光镜」的研究历史和现况 汉代古铜镜
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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