金属鉄を磨いて滑らかにすれば、鏡として使えますか？

鏡は私たちの生活の中でよく使われるアイテムです。伝統的な鏡は基板として平らなガラスを使用しますが、現代の鏡はより多様な材料を使用します。

歴史を振り返ると、黒曜石や金属などの素材も鏡を作るのに使われてきました。では、なぜ鉄の鏡は現れなかったのでしょうか?金属鉄は磨けば鏡として使えますか？今日はそれを調べてみましょう。

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鏡の世界：古代から現代までの反映

鏡は古代から人間と密接な関係がありました。当初、人々は川や湖に映った自分の姿を見ていましたが、これが最も古い「鏡」でした。古代人が「鏡」という言葉を使って表現した鏡は、実際には水を溜めるための水盤でした。

鏡としての水

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でも、ご存知ですか？紀元前8000年、トルコの古代人は、火山のマグマから採取され反射率の高い滑らかな黒曜石を使用して、最初の硬質鏡を作りました。この鏡はかつて「翡翠の鏡」と間違われていましたが、実際には中米のアステカ文明に由来しています。

中央アメリカ産のアステカ黒曜石鏡。現存する数少ない鏡の一つ。

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時が経つにつれ、私たちの祖先は金属を使って鏡を作る実験を始めました。考古学的データによると、最も古い青銅鏡は約4,000年前の祁家文化時代に出現した。青銅鏡を作ることは、技術と芸術を融合させるプロセスです。特に古代では技術的な条件が限られていたため、人々は融点を下げるために鉛を加えました。この革新により、青銅鏡の大量生産と普及が進みました。

2,000年前の西漢時代の金メッキ青銅鏡。「中国、大寧」の銘がある。

画像出典：中国新聞社の新メディアプラットフォーム「華語」公式アカウント

鏡の歴史には金属だけでなくガラスも登場しました。中世には、「ガラス王国」として知られるヴェネツィアで、水銀をコーティングしたガラス鏡が作られました。まずガラスの表面にスズ箔を貼り、その上に水銀を注ぎます。水銀はスズを溶かして銀白色の合金を形成します。この合金はガラス表面にしっかりと付着し、真のガラスミラーを形成します。

銀鏡反応

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しかし、水銀鏡を作るのは非常に手間がかかり、作るのに丸々1ヶ月ほどかかります。さらに、水銀は有毒であり、水銀で作られた鏡はあまり明るくありません。

100年以上前、科学者リビッチは銀メッキのガラス鏡を発明しました。イギリスのピルトン兄弟は、銀メッキ、銅メッキ、塗装、乾燥を連続的に行う銀メッキ法を改良しました。それ以来、人類は「現代の鏡」の時代に入った。

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鏡を作るのになぜ鉄が使われないのでしょうか？

青銅鏡があるのなら「鉄鏡」もあるのでしょうか？

この質問に答えるには、まず鏡の基本原理を理解する必要があります。光が物質に当たると、吸収されたり、透過したり、反射したりします。反射は鏡面反射と拡散反射に分けられます。

太陽光はほぼ平行光であることがわかります。光は滑らかな鏡で反射された後、特定の方向に進みます（反射の法則に従います）。光は粗い表面で反射すると、反射の法則に従いますが、粗い表面の微細な不規則構造によりあらゆる方向に伝播し、あらゆる方向に広がります。

純鉄 (Fe) は、拡散反射を減らすために非常に滑らかに研磨することができますが、理論的には鏡のように機能します。しかし、実際には金属鉄の表面は容易に酸化されて酸化鉄（Fe2O3）を形成し、酸化鉄の緩く多孔質な構造により光を効果的に反射することができません。そのため、純鉄製の鏡の明るさは依然として低すぎます。

しかし、ステンレス鋼の出現により、鉄ベースの表面はもはや緩く多孔質ではなく、高密度の酸化クロム不動態膜で覆われ、反射能力が大幅に向上したため、鏡の製造にも使用されるようになりました。

ステンレスミラービル

画像出典: プレハブ建築ネットワーク

一般的な鏡面ステンレス鋼は、6K、8K、10K、12K の 4 つのグレードに分けられます。 「8K」を例にとると、「8」は合金成分の割合、「K」は研磨後の反射率のレベルを表します。一般的に、8Kミラーステンレスは通常の鏡の光沢効果を実現しています。 12Kミラーステンレス鋼まで研磨を続けると、研磨跡や傷のない非常にクリアな表面を実現できます。

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特別なミラー

普通の鏡の他に、実は魔法の鏡もたくさんあります。上海博物館には、魔法のような漢代の鏡が収蔵されています。外見は普通の円形の青銅鏡と変わりありませんが、光が鏡に当たると、鏡の裏側の模様が映り、まるで鏡全体が光に貫かれているかのように見えます。これは西漢時代の「建日之光」と呼ばれる半透明の鏡です。

「サンライト」半透明ミラー

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宋代の沈括は、その製造原理を次のように明らかにしました。「鋳造の際、薄い部分が先に冷えますが、文字のある裏側は厚くなります。その後冷えるため、銅はより収縮します。文字は裏側にありますが、鏡の表面にその痕跡が残っているため、光の中で見ることができます。」光が透過する現象は、焼入れ時の冷却速度が一定でないため発生し、その結果、青銅鏡の表面に多数の凸面鏡と凹面鏡が生じます。

凹面鏡は光を反射するときに光を集めて明るく見せることができ、通常の鏡のようにレンズの焦点の前に像が形成されます。一方、凸面鏡は光を拡散させて暗く見せ、レンズの焦点の後に像を形成します。光が側面から照射されたり、特定の入射角で照射されると、反射された画像に明るい文字や模様が見えるようになります。これらは鏡の裏側の絵ですが、表面から見ると青銅鏡は「光を透過」できるようになっているようです。ファンハウスの鏡も魔法のものです。 1830年代、フランスのジョセフ・プラットナーがファンハウスミラーを発明しました。

鏡の中に入って、突然自分の頭が大きくなったり、背が高くて痩せていることに気づくことを想像してみてください。この滑稽に歪んだ画像は、凸面鏡と凹面鏡によって生じます。その原理は、曲面鏡による光の不規則な反射と集光によって散乱した画像が作られるというものです。

上海万博のロビーにある100年前のファンハウスの鏡

画像ソース: The Paper ∙ Quick Look

凹面鏡には正の集光力があり、その表面を照らす平行光線を反射後に一点に収束させることができます。 **人の顔や体を凹面鏡の前に置くと、光は凹面鏡を通過するときに反射し、顔や体のさまざまな部分が拡大されて、歪んだり、変形したり、太って見えたりします。凸面鏡は負の集光力を持ち、通過する平行光線が広がる原因となります。人の顔や体を凸面鏡の前に置くと、光が表面で反射し、顔や体のさまざまな部分が縮んだり薄くなったりして、面白い視覚効果が生まれます。マジックミラーに関して、なぜ一方は反対側が見えるのに、もう一方は自分しか見えないのか、私たちは皆不思議に思ったことがあるのではないでしょうか。

ワンウェイミラーは、一般的にワンウェイガラスを指し、ワンウェイパースペクティブガラスなどとも呼ばれます。その動作原理は、光の物理的特性に完全に基づいています。鍵となるのは、光の一部を通過させ、光の別の部分を反射できるほど薄い金属フィルムです。

ワンウェイミラー

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両側の照明条件によって大きく異なります。片側が非常に明るく、もう一方が比較的暗い場合、明るい側にいる人は自分の姿が映っているのを見ることになります。これは、明るい側からの光の大部分が反射され、暗い側を通過する光がほとんどないためです。暗い側では、明るい側からの光の一部が金属フィルムを透過するため、ガラスを通して明るい側を見ることができます。

一方向透過ガラスの「秘密」は、その金属フィルムと周囲の照明条件にあります。暗い側を明るくしたり、明るい側を暗くするなど、照明条件を変更すると、ガラスは片側で一方向透過効果が失われ、反対側で一方向透過になります。

近年、スマートミラーは私たちに無限の可能性に満ちた未来をもたらしました。普通の鏡のように見えますが、実際には画面表示、コンピューティングなどの機能があり、より多くの機能とインタラクティブな体験を提供できます。タッチで操作でき、ニュース、天気、時間、メモなどの情報を閲覧できます。

スマートミラー

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光の魔法は鏡の域を超え、私たちの日常生活に欠かせないものとなりました。光と影の世界において、鏡は髪を切ったり化粧をしたりするための道具であるだけでなく、何千年もの知恵と文化を宿す歴史的遺産でもあります。

著者: ラン・グオヨン、復旦大学博士課程学生

編集者: 1名

謝辞：蘇州理工大学材料科学工学部の馬如光教授が本論文の科学的指導に協力しました。