老外用100年才弄明白，神奇的中国魔镜，为何能反射出清晰图案？

我国2000年前出土的“魔镜”，老外花了100年才搞懂，它最神奇的点在于，我们将光打到一面普通的镜子上时，会反射出一束光线，但是将光照射到这面镜子上时，它竟然反射出镜子背面的图案，这么神奇的镜子，究竟是怎么造出来的？

现代镜子发明于200年前，是一位德国科学家发明的，而我国的这面魔镜，竟然出土于西汉时期，至今已有2000多年了，如此一对比，我国的“魔镜”也太先进了。

正是因为“魔镜”有着如此神奇的效果，古人一直将其视为“神物”，可惜到了宋朝，“魔镜”的制作方法就已经失传了，但也抵挡不住人们对它的好奇，比如宋朝的《梦溪笔记》中就有记载，文虽在背，而镜面隐然有迹，所以于光中现，到了18世纪，西方科学家发现它的存在后，就对它展开了疯狂的研究，足足花了近200年的时间，才将它的原理搞清楚，就连周总理在上海博物馆看到时，也对“魔镜”产生了浓厚的兴趣，亲自给研究员交代，一定要尽快搞清楚它的原理。

这面让古今中外都好奇的“中国魔镜”，它的成像原理究竟是什么？有点物理基础的人应该都知道，当光线照在普通镜面上时，会被全部反射回来，所以映照出来的，是一束完整的光线，这时智商超高的你可能就想到办法了。

在镜面上刻上图案不就行了吗，这个办法确实可行，可其中却有两个问题，首先这需要非常精细的刻度，至少要精细到微米即便，古代又没有显微镜，古人显然无法做到，其次如果图案是刻在镜面上的，那么这个图案，一定会随着镜子前后移动而发生变化，但这面“魔镜”，不论你怎么移动它，图案都不会发生任何变化，从这两点就可以看出，图案不是刻在镜面上，那么它的成像原理就究竟什么？

其实并没有我们想的这么复杂，仔细观察魔镜的结构就会发现，镜面和背面的图案是一个整体，也就是用一整块铜镜铸造出来的，而不是拼接而成的，正因如此，铜镜背面凸出的图案，自然比其他地方要厚一些，这也就使得在高温铸造镜子时，凸出的部分比其他部分冷却得要慢一些。

由于冷却速度的不同，铜镜厚薄区域的硬度就形成了差异，再通过细致的抛光和打磨，便形成了不到半微米的高度差，用肉眼很难看出差别，当光线照射在镜面上时，这些细微的差别被放大，于是就形成了明暗不同的图案。

花了200年才研究清楚的“中国魔镜”，居然被运用在了探索宇宙的进程中？

研究清楚“魔镜”成像原理后，西方科学家给它取了一个专业名词，叫自由光学曲面，用官方语言解释，就是透光镜表面上各个位置曲率不同，且不具备回转、平移、对称性的光学曲面，用通俗一点的语言来说，就是非对称、非旋转，且面型自由的曲面镜，而“中国魔镜”中那些凹凸不平的图案，就是自由曲面。

在现代科学仪器中，自由曲面有很多用途，比如手机的摄像头上，就装了自由曲面镜头，它能利用非轴对称和复杂的曲面，避免了镜头摇晃、拍摄到的画面扭曲等问题，和普通的摄像头比起来，曲面镜头的性能更加稳定，成像也更为清晰。

除了在日常生活中的运用，自由曲面元件还被运用在了航天领域上，早在1993年时，自由曲面就被送上太空，修复好了哈勃望远镜，由于组件的加工误差，哈勃望远镜出现了“近视眼”的问题，利用自由曲面元件的修复后，哈勃望远镜相当于戴了一副眼镜，能清晰地看到4000公里以外的行人。除了以上这些领域的运用，你觉得自由曲面还能运用在什么领域？