Gương thấu quang là gì: gương đồng cổ chiếu ra hình ẩn trên tường

Gương thấu quang là loại gương đồng cổ của Trung Hoa và Nhật Bản: soi mặt thì thấy bình thường, nhưng hắt nắng hay ánh đèn từ mặt gương lên tường thì trên vùng sáng hiện ra đúng hoa văn đúc ở mặt lưng, như thể ánh sáng xuyên qua lớp đồng. Lời giải nằm ở bề mặt gương: những vùng ứng với chỗ dày, mỏng ở mặt lưng có độ cong chênh nhau chỉ cỡ phần nghìn milimet, quá nhỏ để mắt nhận ra khi soi, nhưng chùm sáng phản xạ đi xa vài mét đã khuếch đại khác biệt ấy thành hình rõ nét. Không có lớp hình ẩn nào, chỉ có hình học của ánh sáng.

Chiếc gương "để ánh sáng đi xuyên qua"

Gương đồng là đồ dùng phổ biến ở Trung Hoa suốt hai nghìn năm trước khi gương kính tráng bạc xuất hiện. Gương thường hình tròn, một mặt được mài nhẵn bóng để soi, mặt kia đúc nổi hoa văn, chữ, có núm ở giữa để xỏ dây. Trong vô số chiếc gương ấy, có một số rất ít mang đặc điểm kỳ lạ: chiếu một chùm sáng mạnh vào mặt soi rồi hứng chùm phản xạ trên vách, người ta thấy hoa văn và chữ ở mặt lưng hiện ra trong vùng sáng. Người xưa gọi chúng là "thấu quang kính", gương để ánh sáng thấu qua.

Những chiếc gương thấu quang được biết đến nhiều nhất có niên đại thời Tây Hán, khoảng thế kỷ 2 đến thế kỷ 1 trước Công nguyên. Bảo tàng Thượng Hải lưu giữ một số chiếc gương đời Hán thuộc loại này, trong đó có chiếc mang minh văn "kiến nhật chi quang, thiên hạ đại minh", đại ý "thấy ánh mặt trời, thiên hạ sáng rõ". Ở Nhật Bản, gương đồng có tính chất tương tự gọi là makyō, nghĩa là "gương ma", được làm nhiều trong thời Edo. Người ta kể rằng có những chiếc makyō giấu hình tượng tôn giáo, chỉ hiện ra khi hắt sáng lên tường.

Cần nói rõ: không phải gương đồng nào cũng là gương thấu quang. Phần lớn gương đồng cổ, kể cả những chiếc rất đẹp, chiếu lên tường chỉ cho một vùng sáng loang lổ, không có hình.

Các nhà quan sát xưa đã nghĩ gì

Hiện tượng này từng làm nhiều thế hệ học giả tò mò. Thẩm Quát (1031–1095), nhà bác học đời Tống, ghi chép về gương thấu quang trong Mộng Khê bút đàm. Ông thừa nhận nhiều người không hiểu vì sao, và đưa ra một giả thuyết: khi đúc, phần mỏng của gương nguội trước, phần dày có hoa văn nguội sau, sự co ngót không đều để lại những nếp vi tế trên mặt gương mà mắt không thấy được. Đó là một nhận xét sắc sảo cho thế kỷ 11, đã nhắm đúng vào chỗ khác biệt dày mỏng.

Đến thế kỷ 19, gương ma Nhật Bản được mang sang châu Âu và gây xôn xao trong giới khoa học. Năm 1878, hai kỹ sư William Ayrton và John Perry, khi đó đang giảng dạy ở Tokyo, công bố một lời giải dựa trên quan sát xưởng làm gương: mặt gương bị cạo và mài dưới áp lực mạnh, chỗ mỏng bị uốn cong đi rồi bật lại, chỗ dày thì không, nên sau cùng mặt gương có độ cong không đều theo đúng hoa văn mặt lưng.

Gương được làm ra sao để có "hình ẩn"

Ghép các mô tả thủ công và các nghiên cứu sau này, quy trình tạo ra hiệu ứng có thể tóm lại như sau:

1. Đúc mỏng. Gương được đúc bằng đồng thiếc, mặt lưng có hoa văn nổi. Thân gương mỏng, nên chỗ có hoa văn dày hơn hẳn chỗ nền.
2. Cạo và mài mặt soi dưới áp lực. Người thợ dùng dụng cụ ép mạnh lên mặt soi. Ở chỗ nền mỏng, lá đồng võng xuống dưới lực ép nên bị cạo ít đi; ở chỗ dày phía sau là hoa văn, đồng cứng hơn, không võng, bị cạo nhiều hơn.
3. Bật đàn hồi. Thả lực ra, chỗ mỏng bật trở lại và trở nên lồi hơn một chút so với xung quanh, còn chỗ dày phẳng hơn tương đối. Ứng suất còn lại trong kim loại sau khi đúc và nguội, như Thẩm Quát đoán, cũng có thể góp phần.
4. Đánh bóng. Mặt gương được đánh bóng sáng loáng, nhiều chiếc còn được tráng thêm lớp kim loại phản xạ. Độ chênh cong vẫn còn đó, chỉ cỡ micromet.

Thêm vào đó, mặt gương đồng cổ thường hơi lồi tổng thể để soi được cả khuôn mặt trong một chiếc gương nhỏ. Hình ảnh trong gương vốn đã thu nhỏ, nên những sai lệch nhỏ xíu càng khó thấy khi soi.

Vật lý của hình hiện trên tường

Định luật phản xạ và hệ số nhân đôi

Theo định luật phản xạ, góc tới bằng góc phản xạ. Nếu một mẩu mặt gương nghiêng thêm một góc nhỏ, tia phản xạ lệch đi gấp đôi góc đó. Đi thêm một quãng đường dài, tia lệch càng xa vị trí lẽ ra của nó.

Ước lượng: một micromet hoá thành vài milimet

Hãy hình dung một chỗ gồ cao chỉ 1 micromet, trải trên bề rộng khoảng 1 milimet. Độ dốc của sườn gồ cỡ một phần nghìn radian. Tia phản xạ lệch gấp đôi, tức hai phần nghìn radian. Trên bức tường cách gương 2 mét, độ lệch ấy thành khoảng 4 milimet, lớn hơn cả bề rộng chỗ gồ. Nói cách khác, khi soi trực tiếp, chỗ gồ 1 micromet là vô hình; khi chiếu lên tường, nó đủ sức xô dịch ánh sáng thành một vệt rõ ràng.

Chỗ nào sáng, chỗ nào tối

• Vùng lồi hơn làm các tia phản xạ toả rộng ra, ánh sáng bị trải mỏng, vùng tương ứng trên tường tối hơn.
• Vùng phẳng hơn hoặc lõm hơn tương đối làm các tia hội tụ lại, ánh sáng dồn vào, vùng tương ứng trên tường sáng hơn.

Vì vùng nằm sau hoa văn dày phẳng hơn vùng nền mỏng, trên tường hoa văn thường hiện thành những nét sáng trên nền tối hơn. Đây cùng là hiện tượng tạo nên những đường sáng uốn lượn dưới đáy bể bơi khi mặt nước gợn sóng: mặt nước cong vi tế hội tụ và phân tán ánh nắng. Giới quang học gọi các mẫu sáng này là tụ quang (caustic).

Để hiệu ứng rõ, nguồn sáng phải gần như một điểm và đủ xa: nắng Mặt Trời hay một bóng đèn nhỏ chiếu từ xa. Ánh sáng khuếch tán, như trời âm u, không cho ra hình.

Mốc thời gian

Từ gương cổ đến nhà máy chip

Điều thú vị nhất là nguyên lý của chiếc gương cổ đang được dùng trong công nghiệp hiện đại. Các tấm silicon dùng làm chip phải phẳng đến mức gần như tuyệt đối. Kỹ thuật kiểm tra mang tên "Makyoh topography", lấy từ chính chữ makyō, chiếu một chùm sáng song song lên mặt tấm silicon rồi hứng ảnh phản xạ trên màn ở xa. Những chỗ lồi lõm cỡ phần nhỏ của micromet hiện lên thành vệt sáng tối rõ ràng, đúng như hoa văn trên tường. Rộng hơn, cả một ngành đo bề mặt bằng cách quan sát ánh sáng phản xạ bị bẻ lệch, gọi là đo lệch hướng (deflectometry), được dùng để kiểm tra gương kính thiên văn, kính ô tô, màn hình điện thoại.

Tự làm thử: biến tấm gương rẻ tiền thành "gương ma"

Bạn cần một phòng tối, đèn pin điện thoại (càng nhỏ càng gần nguồn sáng điểm), một bức tường trắng, và vài mặt phản xạ: mặt lưng chiếc thìa inox, một tấm gương soi rẻ tiền, một tấm gương mica (nhựa tráng gương mỏng, bán ở cửa hàng quảng cáo, văn phòng phẩm).

1. Đứng cách tường khoảng 2–3 mét. Chiếu đèn vào mặt gương sao cho chùm phản xạ rọi lên tường.
2. Nhìn vùng sáng trên tường: gương soi rẻ tiền thường cho thấy những vệt gợn mà soi mặt không bao giờ nhận ra. Đó là độ cong không đều của mặt kính.
3. Với tấm gương mica, dùng đầu ngón tay ấn nhẹ vào mặt sau. Soi vào gương, hình gần như không đổi; nhưng trên tường, vùng sáng méo đi rõ rệt theo đúng chỗ ngón tay ấn. Bạn vừa tạo ra một "hình ẩn" bằng độ cong vi mô.
4. Thử chiếu qua tấm kính cửa sổ cũ, loại kính cán thời trước: những gợn sáng hiện lên trên tường cho biết tấm kính không phẳng như mắt thấy.

Không chiếu đèn mạnh hay đèn laser vào mắt người khác hoặc vào chính gương ở góc có thể hắt vào mắt. Cẩn thận với cạnh gương kính.

Góc nhìn hôm nay: ngắm gương cổ mà không cần huyền thoại

Ở Việt Nam, các mộ gạch thời Bắc thuộc ở miền Bắc từng tìm thấy gương đồng kiểu Hán, và nhiều bảo tàng trong nước có trưng bày gương đồng cổ. Khi đứng trước một chiếc gương như vậy, hãy nhìn mặt lưng: hoa văn đối xứng, vòng chữ quanh núm, độ dày thay đổi giữa nền và hoa văn. Bạn sẽ hiểu vì sao chỉ cần thêm một bước mài dưới áp lực, chiếc gương có thể "kể" lại mặt lưng của mình trên tường. Đừng tự đánh bóng hay chiếu đèn nóng vào hiện vật cổ; một số lớp tráng gương xưa có thể chứa thuỷ ngân, và việc xử lý thuộc về người bảo quản chuyên nghiệp.

Gương thấu quang là ví dụ đẹp về cách một điều bí ẩn được hiểu dần qua nhiều thế kỷ: từ một ghi chép tinh ý đời Tống, qua quan sát xưởng thủ công ở Nhật, đến một kỹ thuật đo trong nhà máy chip. Mỗi bước đều không cần đến phép màu, chỉ cần nhìn kỹ hơn.