乾清宫组合镜隐藏的光学原理

　位于故宫内廷区域的乾清宫，在清代为帝王处理日常政务的场所。乾清宫内宝座前后两侧，各有清代座镜一个。各镜均属于平面镜，总宽约3米，总高约4.5米，底座为紫檀雕龙造型。乾清宫宝座旁安放多个平面镜，大臣在进入殿内过程中，既可看到宝座上皇帝的正身实像，又可从宝座两侧的平面镜中看到皇帝“分形”(侧身虚像)。从光学角度而言，组合平面镜的运用，反映了古人对镜面反射的认识。

　　光的镜面反射，是指光在均匀的同种介质中沿着直线传播，而传播到镜子等光滑物质表面上时，会改变方向，返回到原来的介质中。古人对镜面反射有着较为丰富的认识。如战国时期的《墨经》认为：阳光直射到人体，则人影在人体另一侧；但阳光经过平面镜反射到人体，则人影位于太阳与人体之间。又如南宋魏了翁在《春秋左传要义》中认为：当火光斜照水面，或日光斜照镜面时，会产生“旁照他物”的效果，即产生镜面反射的效果。再如明代方以智在《物理小识》中认为：太阳照射地面的水，或用火光照射镜面，均可看到光反射到屋梁上。方以智称之为“转光”。

　　两个平面镜组合，可以改变光路，古人用此法来隔墙观物。如西汉时期刘安的《淮南万毕术》载：“取大镜高悬，置水盘于其下，则见四邻。”这句话的大意是：将一面镜子挂在院墙上，镜子下面放一个盛有水的盆，那么院墙外的景物可以通过镜子反射到水面上，再通过水面反射到人的眼睛里，这样人就可以看到院墙外的景物了。实际上，上述两个平面镜的组合运用方式，与近代潜望镜的原理基本相同。潜望镜由上下两个平面镜组成：上面的位于水面以上，下面的则位于水面以下，二镜均与平面成45度夹角。当水面上景物反射的水平光线射到第一个平面镜后，垂直向下射向第二个平面镜，再经过第二个平面镜反射后，又变成水平光线，映入观者的眼帘。这样，观者就可从水面下观测到水面上的景物了。