單向鏡子真的只能一側透光嗎?

2020-12-05 中科院物理所

作者 | 幽之劍

排版 | 陳小磚

來源 | 我是科學家iScientist

同樣一面牆,對於站在這邊的人來說是鏡子,對於站在那邊的人來說,卻是透明的牆,這面本應被用作警察審查犯人的單向鏡子,卻在《電鋸7》裡成為了一個守著犯人的無辜警察的死因。命運懸殊,不過因為站在了不同的一邊。仔細想想會覺得好奇:這種一側透明、一側能反射光的單向鏡子是什麼原理呢?

實際上,對於光只從一側可以通過,而另一側被全部反射的鏡子是不存在的,所謂單向鏡子的叫法實際上是人類主觀視覺上的錯誤造成的。它的準確稱呼是半透半反鏡,對於兩側的光所起的作用是對稱的。對於從任意一邊射過來的光,這種鏡子讓一半的光通過,一半的光被反射(通過在鏡子背面鍍上很薄的銀就可以輕鬆做到這一點)。然後,由於鏡子兩側的光強相差很大,就造成了一側透明,一側是鏡子的情況。

你看這幅圖示意圖裡,想像在左側的房間裡面,光線非常強,而右側的光則非常弱。由於鏡子的半透半反作用,兩邊房間發出的光都會有一半透射到對面房間,而另一半則被鏡子反射回來。

因此,在左側房間裡:

鏡子處發出的光 = 被鏡子反射的左側光+被鏡子透射的右側光

由於加號前後的兩種光的強度相差過大,人眼接收的幾乎都是前者,因此如果你在左側,看到的都是自己所處房間的情況,這面鏡子就和一般的全反射平面鏡沒有區別。

但如果跑到右側,可就好玩多了,差不多的等式:

鏡子處發出的光 = 被鏡子反射的右側光+被鏡子透射的左側光

人眼接收的卻幾乎都是後者,所以能清楚地看到左側房間的景象,就像看著完全透明的玻璃。

現在你能理解為什麼在小隔間裡看外面覺得是玻璃了吧,因為隔間內光線太微弱,人眼接收到的幾乎都是外側透射進來的光;而在外界的人,眼睛所接收的光幾乎都是被鏡子所反射回來的,因此會認為這個小隔間是由平面鏡所圍成。

有人會說,這和我家大奔車窗上的膜不是一個原理嗎?還真不是,車窗上的膜主要是用來吸收紫外線的,不是為了把玻璃變成鏡子給你梳妝的。其次,這利用的是光線幹涉的原理使得車內射出去的光強很小,從而達到外面看不到裡面的效果的。雖然偶爾會有相同的效果,但你肯定沒看過大奔車窗有這麼華麗麗的鏡子效果。

車窗上的膜主要是用來吸收紫外線的 | 圖片來源:pexels

再想想電鋸的情節,可憐的警察,果然是站在暗處的佔優勢啊。再一次,先進的科技讓鏡子也不值得信任,小心隔牆有眼啊!

排版:陳小磚

題圖來源:pexels

來源:我是科學家iScientist

編輯:AI

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