不知道你逛街的时候有没有注意过,街边商场写字楼的大玻璃墙,远看上面映着的云、楼都歪歪扭扭晃得不行,就像映在波动的水面上似的。好多人第一反应都是,这玻璃该不会是偷工减料做歪了吧?可你要是找机会站在这玻璃楼里面往外看,外面的树直溜溜,楼方方正正,半点儿变形都看不出来,这就奇了怪了。
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这种歪歪扭扭的倒影,可不是只有偷工减料的小店铺才会有,几百米高的摩天大楼也逃不开。美国国家玻璃协会2021年的报告就说了,只要是大块的建筑玻璃,因为自身重量、风吹的压力还有安装误差,不可能做到绝对平整。这些一点点的不平整,碰上合适的光线角度,就会把反射出来的影像放大,歪成什么样都不奇怪。
既然玻璃本身不平整,那站在屋里往外看,为什么就一点事儿都没有?你甚至能亲手做测试,有人在外面伸手按一下玻璃,玻璃上的倒影会跟着晃得翻天覆地。屋里的人往外看,外面的街景纹丝不动,半点儿影响都没有,反差感直接拉满。
这个现象的核心差别,其实就是透射光和反射光走的根本不是一条路子。光从空气进玻璃会减速,方向还会拐弯,这个拐弯的规律三百多年前就被人摸透了,叫斯涅尔定律。这个定律最有意思的地方,就是自带完美的对称性。
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光从外面空气进玻璃拐一次弯,再从玻璃另一头出来回到空气,又会拐一次方向相反的弯。只要玻璃的两个面是平行的,两次拐弯的角度一模一样,效果直接抵消干净。最后出来的光线,方向跟进去之前完全平行,只是位置偏了不到一毫米,这点偏差人眼根本找不着。
也就说,只要玻璃本身材质均匀,两个面基本平行,就算表面整体歪一点,坑坑洼洼一点,只要这些坑洼没小到跟光波差不多大,你透过玻璃看东西就啥问题没有。所有的不平整都给抵消没了,自然看起来稳稳当当啥毛病没有。也就那种老式手工吹的玻璃,厚薄差得太多,两个面不平行,拐弯效果抵消不干净才会看着变形。
换到玻璃外面看倒影,情况就完全不一样了。你看到的倒影,是光打在玻璃外表面直接弹回来的,整个过程只涉及玻璃的一个面,根本没有第二次拐弯帮你纠正方向。玻璃表面稍微歪一点角度,反射光的方向就会变,而且这个变化还是翻倍的,玻璃歪1度,反射光就歪2度。
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算一下你就知道这个变化有多大,有人站在离玻璃10米远的地方,玻璃只要歪1度,远处大楼的倒影就能上下窜差不多70厘米。这么大的偏移,本来整整齐齐的倒影,可不就歪得乱七八糟了嘛。美国材料与试验协会的玻璃检测标准就说了,要是玻璃要拿来当镜子用,平整度偏差每米不能超过0.3毫米,不然反射出来的东西根本没法看,这不就是实锤了反射对形变有多敏感嘛。
这个道理你随手就能拿身边的东西试。你把笔记本电脑屏幕掰着转一点角度,屏幕上反射的天花板灯、身后窗户的影子,会跟着屏幕动好大一块。影像动的幅度比屏幕本身转的幅度大得多,这就是单个表面反射对角度敏感最直观的例子。
白天站在外面,外头阳光比屋里亮多了,你看到的主要是玻璃反射的外头的景物,自然就是晃来晃去歪歪扭扭。站在屋里呢,外头进来的光比屋里反射的光强太多,你看到的主要是穿过玻璃的透射光,自然稳稳当当。到了晚上屋里开了灯,情况就反过来了。
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夜里你站在屋里往外看,玻璃上主要映的是屋里的东西,看到的就是扭来扭去的倒影。你站在大街上往楼里看,反而能清清楚楚看到屋里的东西,不会变形。说白了,这是就是折射的对称性和反射的单面性,天生不一样导致的,跟玻璃质量其实没多大关系。
参考资料:人民日报 生活中的光学小常识
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