为什么家里的镜子是“银色”的?

镜子是如何制作的?在古代,人们以整块平整的金属(多是银和铜)作为镜子,但是对于现代工艺来说,古代镜子缺点很明显,材料成本高,镜面效果还不好,银是作为高值货币存在的,用来造镜子成本高得离谱,铜镜颜色偏黄,不能真实反应物体原来的颜色。

玻璃出现后,玻璃镜子就大行其道了,一块平整透明的玻璃,一面镀上薄薄的银、铝或其他金属,就是一片经久耐用、经济实惠、效果优异的镜子。在日常的生活中,我们经常遇到一些关于玻璃和镜子常见的情形,现在来分析并探讨其中共通原理吧。

第一个情形。当我们在屋外透过窗口的玻璃看屋子内部,若屋内比屋外黑暗很多,我们明显看到的就是屋外情景在玻璃上倒映的像,否则看到的就是屋内的情景。屋内透过玻璃的光和屋外经玻璃反射的光都进入到了我们的眼睛中,由于瞳孔的大小会随着入眼总光强自动调节,若一处光强远大于另一处光强,就会造成瞳孔变得很小,使弱光几不可见,两处光强对比越大,强光对弱光的掩盖就越深。

但是当屋内外的亮度相差无几的时候,我们多看到的也是屋内的情景,那是因为屋内情景是透过玻璃进入眼睛,而屋外情景是经玻璃反射进入眼睛的,对于普通的透明玻璃来说,其透射率比反射率高多了。审讯室里面的单向镜原理其实就是这个,我以前还以为过是什么高科技呢。

第二个情形。把一支笔立在一面镜子上,眼睛贴近镜子仔细看笔在镜子上的像,会发现笔在镜子上有两个像,一个像的落点在镜子表面,一个在玻璃底面后一个镜子厚度的地方,一个镜子怎么可能会有两个像呢?这是我小时候一直纠结的问题。其实这是一个简单不过的问题,因为光线穿过每一个不同介质交界面的时候都会发生反射,镜子有两个面,部分光线经过表面时发生反射、部分穿过玻璃到底面再发生反射,自然会出现两次反射,有两个像倒是必然的。

很明显的,落在镜子表面的像比较“虚”,根本就不像平时我们在镜子中看到的一样,另一个像倒是“实”多了。实际上,平时我们看到的镜子里面的像,多是属于通过镜子底面反射的,而其表面反射的像,则“虚”到被忽略了。这说明了镜子的反射多发生在底面,而不是表面,多数的光线都透过了玻璃在底面进行反射。

这就是为什么我们要在玻璃的底面镀上一层金属的原因了。由第一个情形和第二个情形结合起来,很容易就看出来,由于玻璃的反射率低到惊人,所以镜子反射的根本就不是玻璃,而是玻璃底面的涂层。

那么问题又来了,玻璃有什么用?

成为镜子的两个条件:高反射率的材料和光滑的表面。白纸的反射率够高了吧?但是由于其表面不是光滑的,所以白纸不是镜子,把高反射率的材料镀到光滑的玻璃上面,那涂层与玻璃的交界处就是光滑的,比打磨这种材料(古代做法)来得简单实惠。再在涂层上面使用其他保护材料封好,就成为了一片经久耐用的镜子。

所以,镜子中玻璃的作用不是反射,而是光滑。

如果你注意观察,就会发现家里有两个情形好像不符合这个原理的。一个是书桌上面压着白纸的玻璃,一个是盥洗室的白色瓷砖,两者的表面都是光滑的,而且白色都是反射率很高的材料,但是它们和镜子相差得就有点远了。

其实这就是涂层多是金属的原因了,白纸被玻璃压住改变不了白纸粗糙的性质,白色瓷砖釉层的下面也是粗糙的陶质。我们说的表面光滑其实是反射面的光滑,对于镜子来说就是涂层的光滑,金属的物理性质使其可以胜任涂层这一角色。

说到这里就不得不顺便提一下金属光泽了。金属光泽是一种什么性质?与颜色有什么区别和联系?与镜子又有什么区别和联系?

我把物体对光的反应归纳为5个变量:直透射率、漫透射率、镜反射率(镜面反射率)、漫反射率、吸收率。5个变量加起来为100%,即是所有照射到物体上面光的全部去向。

直透射率:衡量的是物体使光能保持原结构(各个位置的光同步变向或变量)透过的程度,代表物体为普通的玻璃;

漫透射率:衡量的是物体使光不能保持原结构透过的程度,代表物体为毛玻璃;

镜反射率:衡量的是物体使光能保持原结构反射的程度,代表物体为镜子;

漫反射率:衡量的是物体使光不能保持原结构反射的程度,代表物体为白纸;

吸收率:衡量的是除以上4种情形中物体吸收光的程度,代表物体为黑纸。

我们暂且不论透射,把物品的直透射率和漫透射率都当做0%,那么镜反射率、漫反射率和吸收率加起来就是100%。来设想以下6种情形。

情形1:物体的吸收率极大,漫反射率极小,镜反射率极小,物体呈现的就是一片漆黑;

情形2:物体的吸收率大,漫反射率大,镜反射率极小,物体呈现的就是灰色;

情形3:物体的吸收率大,漫反射率极小,镜反射率大,物体呈现的就是如黑钻石一般的样子;

情形4:物体的吸收率极小,漫反射率大,镜反射率大,物体呈现的就是银色;

情形5:物体的吸收率极小,漫反射率极小,镜反射率极大,物体呈现的就是好镜子的样子;

情形6:物体的吸收率极小,漫反射率极大,镜反射率极小,物体呈现的就是一片雪白。

在以上的6个情形中,情形3和情形4都是具有金属光泽的情形,两个情形都是镜反射率大但并非一家独大。由于镜反射反映的是映像的样子,所以我们潜意识里多是按一个物体吸收和漫反射的效果来判断其实质,而不是镜反射。镜反射率一家独大的时候,我们多会说这是一面镜子,而不会说它是什么颜色。金属光泽就是在物体本身有实质,也就是吸收率和漫反射率占有一定量的情况下,镜反射率大产生的混合效果。

如果我们在白色墙面挂上银镜,由于一部分的光被银镜镜反射,那么银镜的漫反射肯定没有墙面强,造成其本身的颜色肯定比墙面暗,形成了灰色,但是镜反射使其具有了金属光泽,两者结合起来,成为了独特的银色。

所以完美的镜子和完美的白是对立的,从来就没有完美的白色镜子,而完美的镜子要求镜反射率为100%,完美的白要求漫反射率为100%,这是不可调和的矛盾。这样看来,完美的镜子和完美的玻璃一样,应该归入无色的行列,因为其不会漫反射也不会吸收任何光,完全失去了自己的实质,只有当光线通过完美的反射角进入到眼睛时,人们才能看到它反射的映像。