آینههای مدرن معمولاً یک ورق شیشهای تنها هستند که به یک لایه نازک از پوشش فلزی متصل شدهاند. به نظر میرسد که آینهها از دیرباز در اشکالی وجود داشتهاند، اما آینههایی که ما امروزه میشناسیم، تاریخچه طولانی ندارند. حتی تا هزار سال پیش، آینهها هنوز دیسکهای صیقلی از فلز ساده بودند که هزینه آنها بیشتر از توان خرید اکثر مردم آن زمان بود: یک دهقان که میخواست تصویر خود را ببیند، باید به دریاچهای میرفت مانند بقیه مردم و باید در صف میایستاد. آینههای قدی نیز اختراعی بسیار جدیدتر هستند و تنها حدود ۴۰۰ سال قدمت دارند.
شاید فکر کنید که چهار قرن زمان کافی برای عادت کردن مردم به دیدن خودشان در آینه بوده، اما با واقعیت دیگری مواجه خواهید شد. در یک مطالعه در سال ۲۰۰۵ در دانشگاه لیورپول (University of Liverpool)، گروهی از محققان از شرکتکنندگان خواستند پیشبینی کنند که وقتی که از کنار آینه عبور میکنند چه زمانی تصویرشان در آن ظاهر میشود. پاسخهای آنها به طرز خجالتآوری نادرست بود. نتایج مشابهی زمانی به دست آمد که از مردم خواسته شد اندازه سرشان را در آینه قضاوت کنند.
نتایج مطالعه لیورپول نشان میدهد که انسانها به طور غریزی برای درک انعکاسها به خوبی مجهز نیستند، اما آینهها به طور عمیق در روان انسان طنینانداز میشوند. آنها همزمان نمایانگر حقیقت و توهم هستند. آنها ما را همانگونه که هستیم نشان میدهند – اما نه کاملاً – و دنیای جدیدی را برای اکتشاف در پشت آینه به ما نشان میدهند که نمیتوانیم به آن دسترسی پیدا کنیم. شاید این تناقضهای گیجکننده باعث میشوند که آینهها در هر دو حوزه جادو و علم به شدت مرکزی باشند.
در این مقاله، تاریخ، فیزیک و خرافات مرتبط با یکی از اختراعات عجیب بشریت را بررسی خواهیم کرد.
آینهها در تاریخ
زمانی که انسانها در حدود 600 سال قبل از میلاد آینههای سادهای ساختند، از شیشههای صیقلی شدهٔ ابسیدین (Obsidian) به عنوان سطح بازتابنده استفاده کردند. به تدریج، آنها شروع به تولید آینههای پیشرفتهتری از مس، برنز، نقره، طلا و حتی سرب کردند. با این حال، بهدلیل وزن این مواد، این آینهها در اندازهٔ استانداردهای امروزی کوچک بودند و بهندرت از 20 سانتیمتر قطر بیشتری داشتند و عمدتاً برای دکوراسیون استفاده میشدند. یکی از استثناها، فانوس دریایی فاروس (Pharos)، یعنی فانوس دریایی اسکندریه (Alexandria) بود که آینهٔ بزرگ فلزی آن در طول روز نور خورشید را بازتاب میداد و آتش برای علامتگذاری فانوس در شب استفاده میشد.
آینههای معاصر تا اواخر قرون وسطی به وجود نیامدند و حتی در آن زمان نیز تولید آنها دشوار و پرهزینه بود. یکی از مشکلات این بود که ماسهٔ مورد استفاده برای شیشهسازی، حاوی ناخالصیهای زیادی بود که مانع از تولید شفافیت واقعی میشد. علاوه بر این، شوک ناشی از حرارت ناشی از افزودن فلز مذاب بهعنوان پشتپوش، تقریباً همیشه شیشه را میشکست.
این روند تا دورهٔ رنسانس (Renaissance) ادامه داشت، تا زمانی که فلورنتینیها (Florentines) فرآیندی برای ساخت پشتپوش سرب در دماهای پایین اختراع کردند و آینههای مدرن برای اولین بار به وجود آمدند. این آینهها به اندازهٔ کافی شفاف بودند تا هنرمندان بتوانند از آنها استفاده کنند. به عنوان مثال، معمار فیلیپو برونلسکی (Filippo Brunelleschi) با استفاده از یک آینه، پرسپکتیو خطی (علمی است بر اساس قوانین و اصول هندسی که به وسیلهٔ آن دوری و نزدیکی اجسام را نشان میدهند – مترجم) را ایجاد کرد تا توهم عمق میدان را به وجود آورد. علاوه بر این، آینهها به شکلگیری یک نوع جدید از هنر، یعنی خودنگاره (Self-Portrait)، کمک کردند. بعدها، ونیزیها (Venetians) با تکنیکهای شیشهسازی خود، تجارت آینهسازی را تسخیر کردند. اسرار آنها به قدری ارزشمند و تجارت آنها به قدری سودآور بود که صنعتگران سرکشی که سعی در فروش دانش خود به کارگاههای خارجی داشتند، اغلب به قتل میرسیدند.
در این مرحله، آینهها هنوز فقط برای ثروتمندان قابل دسترسی بودند، اما در این میان، دانشمندان برخی کاربردهای دیگر برای آنها را شناسایی کرده بودند. از اوایل دههٔ 1660، ریاضیدانان متوجه شدند که آینهها میتوانند بهجای لنزها در تلسکوپها استفاده شوند؛ جیمز برادلی (James Bradley) از این دانش برای ساخت اولین تلسکوپ بازتابی در سال 1721 استفاده کرد ]منبع: [Panek. با وجود اهمیت این کشف، واقعیت این بود که هر دو هنوز از نظر هزینه، غیرقابل دسترس بودند.
آینهٔ مدرن با نقرهکاری (Silvering)، یا اسپری کردن یک لایه نازک از نقره یا آلومینیوم بر روی پشت یک ورق شیشه ساخته میشود. یستوس ون لیبیک (Justus Von Leibig) این فرآیند را در سال 1835 اختراع کرد، اما امروزه بیشتر آینهها با گرم کردن آلومینیوم در یک خلأ ساخته میشوند که سپس به شیشهٔ سردتر میچسبد ]منبع: [Britannica. آینهها اکنون برای انواع مختلفی از کاربردها، از پروژکتورهای LCD تا لیزرها و چراغهای خودرو استفاده میشوند. اما آینهها چگونه کار میکنند؟
پرتو مرگ آرشمیدس (Archimedes’ Death Ray)
بر اساس افسانهها، ریاضیدان و مخترع یونانی باستان، آرشمیدس، از مجموعهای از آینهها برای دفاع از زادگاهش، سیراکوز (Syracuse)، در برابر نیروی دریایی روم استفاده کرد. گمان میرود او با استفاده از آینهها برای متمرکز کردن پرتوهای خورشید بر روی یک نقطه، پرتو حرارتی آرشمیدس را ایجاد کرد که به اندازهٔ کافی قدرت خورشیدی برای سوزاندن و غرق کردن کشتیهای مهاجم تولید میکرد. بحث بر سر اینکه آیا این واقعاً در آن زمان ممکن بود یا نه ادامه دارد، اما آرشمیدس به خاطر سبک خود امتیازاتی کسب میکند.
فیزیک آینهها
برای درک آینهها، ابتدا باید به نور توجه کنیم. قانون بازتاب (Law of Reflection) میگوید که وقتی پرتو نور به سطحی برخورد میکند، به طریقی خاص بازتاب مییابد، مانند یک توپ تنیس که به دیواری پرتاب میشود. زاویه ورودی، که به آن زاویه تابش (Angle of Incidence) میگوییم، همیشه با زاویهای که از سطح خارج میشود، یا زاویه بازتاب (Angle of Reflection) برابر است. وقتی نور به سطحی با زاویه کم – مانند دریاچهای در غروب آفتاب – برخورد میکند، با همان زاویه کم بازتاب مییابد و به چشمان شما با تمام شدتش میتابد، نه به صورت مایل، مانند زمانی که خورشید در بالای سر شما قرار دارد. به همین دلیل، درخشش آفتاب در غروب و سپیدهدم به مراتب بیشتر از سایر ساعات روز است.
خود نور تا زمانی که به چیزی برخورد کند و به چشمان ما بتابد، نامرئی است. برای مثال، یک پرتو نور که در فضا در حال حرکت است از کنار قابل دیدن نیست تا زمانی که به چیزی مانند یک ابر هیدروژن یا یک ماهواره برخورد کند که آن را پراکنده کند. این پراکندگی به نام بازتاب پراکنده (Diffuse Reflection) شناخته میشود و این شیوهای است که چشمان ما آنچه را که رخ میدهد، هنگامی که نور به یک سطح ناهموار برخورد میکند، تفسیر میکنند. قانون بازتاب هنوز هم برقرار است، اما در عوض برخورد با یک سطح صاف، نور با بسیاری از سطوح میکروسکوپی برخورد میکند. این بیشتر شبیه به پرتاب یک مشت تیله به سمت یک مجسمه و سپس حدس زدن شکل مجسمه بر اساس چگونگی بازتاب تیلهها است.
اما آینهها اینطور نور را پراکنده نمیکنند. با یک سطح صاف، نور بدون ایجاد مزاحمت در تصویر ورودی، بازتاب مییابد. این نوع بازتاب به نام بازتاب آینهای (Specular Reflection) شناخته میشود. این مفهوم سوال جالبی را مطرح میکند: اگر آینهها تصاویر ورودی را حفظ میکنند، چرا چپ را به راست و بالعکس تبدیل میکنند؟ چرا بالا را به پایین تبدیل نمیکنند؟ حقیقت این است که آینه واقعاً چپ و راست را برعکس نمیکند. آنچه که آینه معکوس میکند، جلو و عقب است، مانند یک چاپگر یا مهر لاستیکی. تصور کنید که چیزی را با قلم تیره روی یک ورق کاغذ مینویسید و سپس آن را مقابل یک آینه نگه میدارید. آنچه میبینید، معکوس به نظر میرسد، اما همچنین شبیه به این است که آن را در مقابل یک لامپ نگه دارید و از پشت آن به آن نگاه کنید. تصویر شما در آینه، یک چاپ نوری از شماست، نه یک بازتاب از منظر آینه.
تصویر مجازی
نوع تصویری که توسط یک آینه صاف تولید میشود، به نام تصویر مجازی (Virtual Image) شناخته میشود. با وجود اینکه نور از آینه بازتاب مییابد، چشمان ما فریب میخورند و فکر میکنند که نور به صورت خطی از داخل آینه خارج میشود. تصویر مجازی قابل کانونی شدن نیست، اما برخی آینهها، مانند آینههای مقعر (Concave Mirrors)، میتوانند تصویر حقیقی (Real Image) تولید کنند که میتوان آن را بر روی یک سطح تاباند.
انواع آینهها
یک راه سریع برای تغییر عملکرد یک آینه، خم کردن آن است. آینههای خمیده به دو نوع اصلی تقسیم میشوند: محدب یا کوژ (Convex) و مقعر یا کاو (Concave). آینه محدب که به سمت بیرون برآمده است، نور را در زاویه بزرگتری در نزدیکی لبهها نسبت به مرکز خود بازتاب میدهد و تصویری کمی تحریفشده و کوچکتر از اندازه واقعی ایجاد میکند. آینههای محدب کاربردهای زیادی دارند. اندازه کوچکتر تصاویر بدان معنی است که با این سطوح، میتوانید بیشتر ببینید، به همین دلیل از آنها در آینههای ایمنی استفاده میشود. (این دلیلی است که آینه کناری خودروی شما میگوید اشیاء، نزدیکتر از آنچه که به نظر میرسند هستند.) گزارش شده است که در برخی از فروشگاههای بزرگ آینههای محدب را در اتاقهای پرو قرار دادهاند. چرا؟ انحنای جزئی در قسمت بالا و پایین باعث میشود شما بلندتر و باریکتر به نظر برسید.
آینههای مقعر یا همگرا به سمت داخل خم شدهاند، مانند قاشق (سمتی که سوپ را نگه میدارد). این ویژگی به این آینهها اجازه میدهد تا با بازتاب نور به یک ناحیه خاص در مقابل خود، تصویر ایجاد کنند. این ناحیه نقطه کانونی (Focal Point) نامیده میشود. از فاصله دور، اشیاء برعکس به نظر میرسند، اما هرچه نزدیکتر میشوید و از نقطه کانونی عبور میکنید، تصویر برعکس و بزرگتر میشود. آینههای مقعر در هر چیزی از آینههای اصلاح تا روشن کردن مشعل المپیک کاربرد دارند.
حالا که با انواع اصلی آینهها آشنا شدید، بیایید درباره انواع دیگر آینههای غیر معمول یاد بگیریم. در اینجا یک لیست کوتاه آورده شده است:
- آینههای غیرمعکوسکننده (Non-Reversing Mirrors): حق مالکیت آینههای غیرمعکوس به سال 1887 برمیگردد، زمانی که جان دربی (John Derby) یکی از آنها را با قرار دادن دو آینه به صورت عمودی نسبت به یکدیگر ایجاد کرد [منبع: O’Mara].
- آینههای صوتی (Acoustic Mirrors): آینههای صوتی دیشهای بزرگ بتنی هستند که برای بازتاب و توزیع صدا به جای نور ساخته شدهاند. ارتش انگلیس قبل از اختراع رادار از آنها به عنوان یک سیستم هشدار اولیه علیه حملات هوایی استفاده کرد.
- آینههای دوطرفه (Two-Way Mirrors): این آینهها با پوشاندن یک سمت یک ورق شیشهای با مادهای بسیار نازک و کمی بازتابنده ساخته میشوند. زمانی که سمت پوششدار در یک اتاق روشن قرار گیرد، مقداری از نور بازتاب مییابد و مقداری به یک اتاق تاریک در پشت آینه میرود و این امکان را فراهم میکند که به اتاق روشن نگاه کنید اما از آن اتاق نتوانید به بیرون نگاه کنی. (اگر تاکنون یک صحنه بازجویی از یک برنامه پلیسی را تماشا کردهاید، یکی از این آینهها را دیدهاید!) شیشه یک ماده انعکاسی ملایم است — این همان دلیلی است که اگر چراغهای خانهتان را روشن کنید دیدن بیرون در شب دشوار است.
آینهها در ادبیات و خرافات
علم به کنار، آینهها همیشه نوعی بعد ماورایی ترسناک داشتهاند. آینههای جادویی در ادبیات فراوانند، از داستان باستانی نارسیس (Narcissus) که عاشق و دلتنگ انعکاس خود در برکهای از آب شد، تا افسانههای شهری امروزین درباره احضار بلادی ماری (Bloody Mary) با گفتن نام او سه بار در برابر آینه. ملکه سفیدبرفی آینهای جادویی داشت و آلیس از طریق آینه به دنیای دیگر سفر کرد. در اساطیر باستانی چین، داستان پادشاهی آینه وجود دارد، جایی که موجودات بهوسیله جادو به خواب رفتهاند اما روزی دوباره برای نبرد با دنیای ما برخواهند خاست. حرکات عجیب و غریبی که در آینهها از گوشه چشم میبینیم، بهعنوان اولین نشانههای بیداری این دنیا تلقی میشوند.
آینهها همچنین ارتباط قوی با مفهوم روح دارند، که منجر به انبوهی از خرافات میشود. بهعنوان مثال، یکی از دلایلی که شکستن آینه باعث هفت سال بدشانسی میشود (علاوه بر اینکه باید هزینه آینه را پرداخت کنید) این است که روح که بهطور فرضی هر هفت سال یکبار تجدید میشود، با شکستن آینه میشکند. خونآشامها که روحی ندارند، بنابراین در آینهها نامرئی هستند. همچنین برای نوزادان که روحهایشان هنوز توسعه نیافته است، خطرناک است که قبل از تولد یک سالگی به آینه نگاه کنند، زیرا ممکن است لکنت زبان بگیرند.
روحها اغلب با آینهها مرتبط هستند. آینهها در مراسم عزاداری یهودیان بهنام شیوا (Shiva) به احترام مردهها پوشانده میشوند، اما بسیاری از مردم در ایالات متحده نیز هنگام فوت یک نفر، آینههای خود را میپوشانند. بر اساس خرافات، یک آینه میتواند روح در حال مرگ را به دام بیندازد. زنی که زایمان کرده و خیلی زود به آینه نگاه کند، اشباحی را که از پشت انعکاس او بیرون میآیند، خواهد دید. علاوه بر این، شایعه شده است که اگر شما در شب سال نو با شمعی در دست به آینه نگاه کنید و نام یک فرد مرده را با صدای بلند صدا بزنید، قدرت آینه چهره آن شخص را به شما نشان خواهد داد.
