每经编辑｜阮传华    

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“镜”的低语：折(zhe)射(she)与反(fan)射(she)的(de)奇妙(miao)世界

“4秒(miao)带(dai)你冲(chong)进(jin)现(xian)场！”这(zhe)并非(fei)一句空洞的口(kou)号，而是我(wo)们今(jin)日科普器(qi)材室向您发(fa)出(chu)的(de)最(zui)诚挚邀请(qing)。想象一下(xia)，当您(nin)踏入(ru)这个充满(man)奇思(si)妙想的(de)空间，耳(er)边是仪(yi)器(qi)运转的轻(qing)响，眼(yan)前是琳(lin)琅(lang)满目(mu)的科(ke)学工(gong)具，而最引(yin)人(ren)注目(mu)的，莫过于那(na)几面(mian)形状各(ge)异、大小不一的镜子。它(ta)们，将(jiang)是今天我(wo)们探(tan)索科学(xue)奥秘(mi)的(de)“引路人”。

为什么(me)选择(ze)“镜(jing)子”作(zuo)为(wei)我们今日(ri)的主(zhu)角？因为镜子，这(zhe)个我们日(ri)常生(sheng)活中(zhong)随处(chu)可见(jian)的物品(pin)，本身就承(cheng)载着(zhe)丰(feng)富而(er)深刻(ke)的(de)科(ke)学原理。从古老的“观(guan)象台”到(dao)现(xian)代的(de)“望远镜”，从简(jian)单(dan)的(de)“哈哈镜”到复(fu)杂(za)的“潜望(wang)镜”，镜(jing)子无处不在，影(ying)响着我们(men)认识(shi)世界的方(fang)式。今(jin)天(tian)，我们将(jiang)带领(ling)您(nin)，不(bu)仅仅是“看(kan)”镜子，更(geng)是通过(guo)镜子，“透(tou)视(shi)”科(ke)学(xue)的本质。

Part1.1：光的舞(wu)蹈(dao)——反射的(de)魅力(li)

拿起一块普通(tong)的平(ping)面镜(jing)，您的(de)身影(ying)清(qing)晰地映(ying)现在眼(yan)前。这是(shi)光(guang)的“反射”现象(xiang)，也是(shi)镜子最基(ji)本的功能。但反(fan)射远不(bu)止(zhi)于此(ci)。在(zai)我们的器材(cai)室(shi)里，您将(jiang)看到(dao)各种(zhong)精密的反(fan)射望远镜(jing)模(mo)型。这些望(wang)远镜利(li)用凹(ao)面(mian)镜将(jiang)遥远的光线汇(hui)聚(ju)，让肉(rou)眼(yan)难(nan)以(yi)捕(bu)捉的(de)星(xing)辰大海(hai)展现(xian)在(zai)我(wo)们眼(yan)前。您(nin)将亲手操(cao)作，调整镜(jing)筒(tong)的(de)角(jiao)度，感(gan)受(shou)如(ru)何(he)“捕捉”来自(zi)宇宙深处(chu)的光(guang)芒。

这(zhe)不仅(jin)仅是(shi)物理学(xue)的(de)应用，更是(shi)人类探索(suo)未知、拓展(zhan)视野(ye)的伟(wei)大(da)实践。

我(wo)们(men)还将展(zhan)示(shi)不(bu)同曲(qu)率(lv)的(de)镜子(zi)，例如(ru)抛(pao)物(wu)面(mian)镜。您将亲眼见证，当平(ping)行光束(shu)照射到(dao)抛物(wu)面镜(jing)时，光(guang)线是如何被精(jing)确地(di)汇聚到焦(jiao)点上的。这(zhe)背后(hou)隐(yin)藏着几何光(guang)学和(he)微(wei)积(ji)分的精妙结(jie)合。别担(dan)心，我们不会给(gei)您出数学(xue)题，而(er)是通(tong)过(guo)直观的(de)演示，让您(nin)感受(shou)这(zhe)些抽象的(de)数(shu)学原(yuan)理在现(xian)实中的(de)强大力量。

也许，您(nin)还能在(zai)器材(cai)室里(li)找到(dao)一面(mian)“二次曲面(mian)镜(jing)”，观察它如何(he)将光线以(yi)一种非同寻常(chang)的方(fang)式反射，这(zhe)或许(xu)能(neng)激(ji)发(fa)您(nin)对(dui)更(geng)复(fu)杂光(guang)学(xue)系统(tong)，如天(tian)体望远镜(jing)、激光(guang)器的初步认识(shi)。

Part1.2：曲(qu)折的探(tan)索——折(zhe)射的奥秘(mi)

除了(le)反射，光线(xian)在穿(chuan)过不(bu)同介(jie)质(zhi)时还会发生“折射”。我(wo)们(men)准备了各(ge)种形(xing)状的(de)棱镜(jing)和透(tou)镜。当光线穿(chuan)过棱镜(jing)时，它会发生(sheng)偏折，并且(qie)不(bu)同颜色的光偏折的角度也不同(tong)，这(zhe)就是“色散”现象(xiang)，也是(shi)彩(cai)虹产生的原理(li)。您将有(you)机(ji)会用(yong)激(ji)光笔(bi)照射棱镜，亲眼看到白光被分(fen)解成七彩(cai)的光(guang)谱，仿(fang)佛将一道(dao)彩虹“抓”在(zai)手中(zhong)。

这种视觉的(de)冲(chong)击，会(hui)让您(nin)对光的本(ben)质有更深(shen)刻的(de)理(li)解(jie)。

透镜(jing)，则是(shi)折射现象(xiang)中最常见的应(ying)用之(zhi)一(yi)。从(cong)简单(dan)的(de)放(fang)大(da)镜(jing)到(dao)复(fu)杂的(de)照相机(ji)镜(jing)头，透镜都在改(gai)变(bian)着(zhe)我们观察(cha)世界的方(fang)式。在(zai)器材室里，您(nin)将看到(dao)凸透镜和凹透(tou)镜。通(tong)过它(ta)们，您(nin)可以观察(cha)到物(wu)体(ti)是(shi)如何(he)被放大或(huo)缩小(xiao)的(de)，是(shi)如何形成(cheng)虚像或实(shi)像的(de)。您可以尝(chang)试(shi)用(yong)凸透镜聚焦太阳光(guang)，感受它(ta)汇(hui)聚能(neng)量(liang)的强大(da)威力(li)（当然，我们(men)会(hui)确保安全操(cao)作！），这也许(xu)能让(rang)您联想(xiang)到太阳(yang)能发电(dian)的原(yuan)理(li)。

您还(hai)可以通过(guo)不同(tong)组(zu)合(he)的透(tou)镜，搭建一个简易的(de)望(wang)远(yuan)镜模(mo)型，亲(qin)身(shen)体验“看得(de)更(geng)远”的乐趣(qu)。

Part1.3：镜中(zhong)世界(jie)，虚(xu)实之间

“为(wei)什(shen)么我(wo)会在镜(jing)子(zi)里看到一(yi)个‘我’？”这个(ge)问题看似(shi)简(jian)单(dan)，却涉及“成像(xiang)”的(de)概念。我们(men)将在器材室(shi)里设(she)置(zhi)一个“虚像(xiang)体验区”。通过特殊的(de)镜(jing)子组合，您将看(kan)到自己“站在(zai)”镜子(zi)里(li)面，或者看到(dao)镜子里面(mian)的自己(ji)做(zuo)出与(yu)您相反的动(dong)作(zuo)。这会(hui)让(rang)您(nin)直观(guan)地理(li)解虚(xu)像和(he)实像的区(qu)别。

您(nin)会(hui)了(le)解到(dao)，我们(men)日常(chang)看到的平面镜(jing)成像，实际(ji)上形成(cheng)的是一个与物体(ti)等(deng)大(da)的虚像，它(ta)看起(qi)来好像(xiang)在镜子(zi)后(hou)面。

我(wo)们还(hai)将(jiang)引入一些有趣(qu)的“错(cuo)觉(jue)镜”。例(li)如，一(yi)个“安摩斯(si)房(fang)间”模(mo)型，在特定角度(du)观看时，会(hui)产(chan)生(sheng)人变高或(huo)变矮(ai)的视觉错(cuo)觉(jue)。这虽然(ran)不是(shi)直接(jie)的反射或(huo)折(zhe)射(she)原(yuan)理(li)，但它(ta)巧妙(miao)地(di)利用了(le)我们视(shi)觉的习(xi)惯和对空(kong)间(jian)距(ju)离的判断(duan)，而这(zhe)些判断(duan)很大程(cheng)度上(shang)是基(ji)于我们对(dui)光线(xian)和物(wu)体形态(tai)的(de)感知(zhi)。

通过这些有趣(qu)的装(zhuang)置(zhi)，我们希望打破(po)您(nin)对“所(suo)见即所得”的刻(ke)板(ban)印象，引(yin)导(dao)您(nin)去思(si)考(kao)，我(wo)们(men)是(shi)如何(he)通过眼睛(jing)和(he)大脑(nao)来“构建”我们(men)所看到的世界的。

在第一(yi)部分(fen)，我们(men)仅仅(jin)是拉开了“镜”的(de)帷幕(mu)。通(tong)过(guo)对反(fan)射和(he)折(zhe)射(she)现象(xiang)的深入(ru)体验，您(nin)将(jiang)初步感(gan)受(shou)到(dao)光学世界(jie)的奇(qi)妙与美妙(miao)。但“镜(jing)子(zi)”的(de)魔法(fa)远不(bu)止于此，它还(hai)将(jiang)引导我们走向(xiang)更广(guang)阔的(de)科学领(ling)域(yu)。准备(bei)好了(le)吗？4秒(miao)钟的(de)召唤，即(ji)将(jiang)带(dai)您进入(ru)更深层(ceng)次(ci)的科学探(tan)索(suo)！

“镜”的启(qi)示(shi)：从光(guang)学(xue)到万(wan)象的(de)深度对话(hua)

在第一部(bu)分，我(wo)们通(tong)过平(ping)面(mian)镜(jing)、凹面镜(jing)、凸透镜(jing)、棱(leng)镜(jing)等(deng)基(ji)础光(guang)学元(yuan)件(jian)，体验了(le)光的(de)反射与折(zhe)射带来的视觉(jue)奇观(guan)。但“镜子”的(de)意义，远(yuan)不止于制造(zao)幻(huan)象或放(fang)大缩小。在(zai)今日(ri)科普(pu)器(qi)材室(shi)，我(wo)们更希望通(tong)过“镜(jing)”这个(ge)媒介(jie)，为(wei)您打(da)开一扇通(tong)往(wang)更广(guang)阔(kuo)科学(xue)世界的(de)大门(men)，让您看(kan)到(dao)科(ke)学是(shi)如何“映照(zhao)”出万(wan)事(shi)万(wan)物的(de)内在规(gui)律(lv)的。

Part2.1：智(zhi)慧的折(zhe)射——光学(xue)仪器(qi)的“心”

许多(duo)高科(ke)技仪器，其核心都离(li)不开“镜子(zi)”和“透(tou)镜”的应用(yong)。在器材(cai)室里，您将有(you)机会(hui)近距(ju)离观察(cha)一(yi)些光(guang)学仪器(qi)的模型(xing)，例如(ru)显微镜。您(nin)会发(fa)现，显微(wei)镜(jing)正是通(tong)过多组(zu)透镜(jing)的(de)精密组(zu)合，将(jiang)微小(xiao)的物(wu)体放大(da)到肉(rou)眼(yan)可见的程(cheng)度(du)。我们将拆解一个简易的(de)显(xian)微镜模型，让您(nin)看(kan)到(dao)其(qi)内部透(tou)镜的(de)排列方(fang)式(shi)，并了(le)解不同透镜在(zai)成像(xiang)过(guo)程(cheng)中扮(ban)演的(de)角色(se)。

您将(jiang)亲手(shou)操(cao)作，观察(cha)细胞的(de)微观(guan)世(shi)界，感(gan)受科(ke)学如(ru)何帮助我们“看见”肉(rou)眼无法触(chu)及的(de)细(xi)节(jie)。

更进(jin)一步，您还(hai)将了(le)解(jie)到(dao)，即(ji)使(shi)是现(xian)代的(de)“硬核”科(ke)技(ji)，也离不开“镜”的(de)智慧(hui)。例如，太空(kong)望远(yuan)镜，如(ru)哈勃(bo)望远(yuan)镜，它巨大(da)的主(zhu)镜(jing)能够收集极(ji)其微弱的(de)光线，并将(jiang)遥远(yuan)的星(xing)系成(cheng)像。您(nin)将看(kan)到(dao)等(deng)比(bi)例(li)缩小的(de)哈(ha)勃(bo)望(wang)远镜(jing)模(mo)型，并了(le)解(jie)其镜面是如(ru)何(he)设(she)计(ji)得如(ru)此精确，以捕(bu)捉宇宙中最(zui)古(gu)老的(de)光芒(mang)。

这背后是(shi)材料(liao)科学(xue)、精密(mi)制造以及光学(xue)设计的(de)完(wan)美结合(he)。

Part2.2：映照生(sheng)命——生物与化学(xue)的(de)“镜(jing)”界(jie)

“镜(jing)子(zi)”并(bing)非只(zhi)属于物(wu)理学(xue)。在(zai)生(sheng)物学(xue)和化学(xue)领域(yu)，镜(jing)子及其衍生(sheng)的光学原理同样(yang)扮演(yan)着(zhe)至关重要(yao)的角(jiao)色(se)。例(li)如(ru)，在(zai)化学分析(xi)中(zhong)，光谱仪(yi)利用(yong)光的折射和反(fan)射来分析(xi)物质(zhi)的成(cheng)分。您将(jiang)看到(dao)一(yi)个简(jian)易的光(guang)谱(pu)仪模型，了(le)解(jie)它如何通(tong)过分析物质(zhi)对光(guang)的吸(xi)收(shou)和(he)发射光谱(pu)，来“识(shi)别(bie)”不(bu)同(tong)的(de)化学(xue)元素(su)。

您(nin)甚至可(ke)以(yi)尝(chang)试(shi)用它来(lai)分析(xi)一(yi)些(xie)常(chang)见(jian)物质，感(gan)受化(hua)学(xue)的“识别”能(neng)力(li)。

在(zai)生物(wu)学中(zhong)，荧光(guang)显微(wei)镜利用了(le)光的“激发(fa)”和(he)“发射(she)”原(yuan)理。某(mou)些(xie)物质在受(shou)到特定(ding)波(bo)长(zhang)的光(guang)照射(she)后，会发出(chu)另一(yi)种(zhong)波长的(de)光。荧(ying)光显(xian)微镜正是(shi)利用(yong)这一(yi)点，为(wei)我们揭示细胞内(nei)部的(de)复(fu)杂结(jie)构和(he)生命(ming)活动(dong)。虽(sui)然我们(men)无法(fa)在现(xian)场(chang)直接进(jin)行荧(ying)光实(shi)验，但(dan)我们(men)将通(tong)过视(shi)频(pin)和(he)模型，向您(nin)展示荧(ying)光(guang)标记(ji)的细胞(bao)图(tu)像，让(rang)您惊(jing)叹于生命(ming)世(shi)界的精妙与(yu)多彩(cai)。

Part2.3：洞察(cha)未来(lai)——科学探索(suo)的“镜(jing)”象

“镜(jing)子(zi)”作为一(yi)种观(guan)察(cha)工具，其(qi)最核心(xin)的价值(zhi)在(zai)于“洞察”。它(ta)让(rang)我(wo)们能够(gou)更清(qing)晰、更深入(ru)地认(ren)识世界(jie)。而科学(xue)探(tan)索(suo)的本质，正(zheng)是不断地“洞察(cha)”和(he)“发现”。我(wo)们希(xi)望通(tong)过这(zhe)次“镜(jing)”主题的科普体验，点(dian)燃(ran)您内心(xin)深处的(de)好奇(qi)心(xin)。

在(zai)器材(cai)室的互动区域(yu)，我(wo)们(men)设(she)置了(le)一些(xie)开放式的问题，鼓励您思(si)考(kao)：

如果(guo)镜(jing)子(zi)不(bu)是平(ping)的，会发生(sheng)什么(me)？（引出(chu)凹面镜和(he)凸面镜成像(xiang)的(de)更多(duo)细(xi)节(jie)，以(yi)及它们在生活中的应(ying)用，如汽车后视(shi)镜、牙医用的探镜等）为什么我(wo)们看(kan)到的彩色(se)世界，实际(ji)上是由不(bu)同(tong)颜色的光混(hun)合而(er)成？（引(yin)出光(guang)的合成与(yu)分解，以及在显(xian)示技术(shu)中的应(ying)用(yong)）除了可见光(guang)，还有(you)哪些(xie)“光”我(wo)们看不到(dao)，但可(ke)以通过“镜”来探(tan)测？（引出红外线、紫外(wai)线等(deng)，以及它们在(zai)夜(ye)视、消毒等(deng)方面(mian)的应(ying)用）

我们(men)将(jiang)提(ti)供一些辅助(zhu)材料(liao)，例如简(jian)单的(de)图表、数(shu)据，甚至是(shi)一(yi)些(xie)相(xiang)关(guan)的(de)趣味科(ke)学(xue)读(du)物(wu)，鼓励您(nin)在探(tan)索中学习(xi)，在(zai)疑问(wen)中(zhong)成(cheng)长(zhang)。这(zhe)不仅(jin)仅是一(yi)次器(qi)材(cai)的(de)演示，更(geng)是(shi)一次思维的启(qi)迪。我(wo)们希(xi)望您能带(dai)着这(zhe)份好奇心(xin)，将(jiang)“镜”的科学原(yuan)理，延(yan)伸(shen)到生活(huo)中的方方(fang)面面，去观(guan)察、去思(si)考(kao)、去(qu)探(tan)索(suo)。

Part2.4：您的“镜”界(jie)，无(wu)限(xian)可(ke)能

“4秒(miao)带你冲进(jin)现场”的承(cheng)诺，不仅仅是速度(du)上(shang)的便捷，更(geng)是思想上(shang)的“瞬间(jian)抵(di)达”。我(wo)们希望(wang)通过这(zhe)次(ci)以“镜”为(wei)主(zhu)题(ti)的科(ke)普之旅，让(rang)您感(gan)受(shou)到(dao)科学(xue)的魅力，理解科(ke)学(xue)的(de)逻辑(ji)，并(bing)激发您对科(ke)学的(de)浓(nong)厚(hou)兴(xing)趣。

当我(wo)们走(zou)出(chu)器(qi)材室(shi)，您会发现(xian)，无论(lun)是手(shou)机屏(ping)幕的(de)成(cheng)像，还是(shi)汽车(che)的后视(shi)镜(jing)，抑(yi)或(huo)是夜(ye)晚(wan)路(lu)灯的(de)光晕(yun)，都与我们(men)今天体验的科学(xue)原理(li)息息相关。这面(mian)“镜子”，不(bu)仅映(ying)照(zhao)了(le)科学(xue)的原理(li)，更映照(zhao)出科(ke)学在我们(men)生活(huo)中(zhong)的无处(chu)不在(zai)。

今日(ri)科普器材(cai)室，永(yong)远欢(huan)迎(ying)您！下次，我们(men)也(ye)许(xu)会用(yong)“声(sheng)”来(lai)探(tan)索(suo)，也许会用“电”来对话。但(dan)无(wu)论主(zhu)题如(ru)何(he)变(bian)化，我(wo)们(men)始(shi)终秉(bing)持着一个信念(nian)：用最生动(dong)、最有(you)趣的(de)方(fang)式(shi)，点(dian)亮(liang)您对科学(xue)的无(wu)限热(re)情。期待您(nin)再次(ci)“冲”进我们的现场，让我(wo)们(men)一起(qi)，用(yong)科学的(de)“镜子(zi)”，照亮更精(jing)彩的(de)世界(jie)！

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图片来源：每经记者 阿桑 摄

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