Spiegel
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Ein Spiegel oder Spiegelglas ist ein Objekt, das ein Bild reflektiert. Licht, das an einem Spiegel abprallt, zeigt ein Bild dessen, was sich vor ihm befindet, wenn es durch die Linse des Auges oder einer Kamera fokussiert wird. Spiegel kehren die Richtung des Bildes in einem gleichen, aber entgegengesetzten Winkel um, aus dem das Licht auf den Spiegel fällt. Auf diese Weise kann der Betrachter sich selbst oder Objekte hinter sich sehen, oder sogar Objekte, die sich in einem bestimmten Winkel zu ihm befinden, aber außerhalb seines Blickfeldes, z. B. um eine Ecke. Natürliche Spiegel gibt es schon seit prähistorischen Zeiten, z. B. auf der Wasseroberfläche, aber seit Tausenden von Jahren stellen Menschen Spiegel aus verschiedenen Materialien her, z. B. aus Stein, Metall und Glas. In modernen Spiegeln werden wegen ihres hohen Reflexionsvermögens häufig Metalle wie Silber oder Aluminium verwendet, die als dünne Schicht auf Glas aufgetragen werden, weil dessen Oberfläche von Natur aus glatt und sehr hart ist. ⓘ
Ein Spiegel ist ein Wellenreflektor. Licht besteht aus Wellen, und wenn Lichtwellen von der flachen Oberfläche eines Spiegels reflektiert werden, behalten diese Wellen den gleichen Grad an Krümmung und Vergenz, in gleicher, aber entgegengesetzter Richtung, wie die ursprünglichen Wellen. Dies ermöglicht es den Wellen, ein Bild zu bilden, wenn sie durch eine Linse fokussiert werden, genau so, als ob die Wellen aus der Richtung des Spiegels gekommen wären. Das Licht kann auch als Strahlen dargestellt werden (imaginäre Linien, die von der Lichtquelle ausgehen und immer senkrecht zu den Wellen verlaufen). Diese Strahlen werden in einem gleichen, aber entgegengesetzten Winkel reflektiert, aus dem sie auf den Spiegel treffen (einfallendes Licht). Diese Eigenschaft, die als spiegelnde Reflexion bezeichnet wird, unterscheidet einen Spiegel von Objekten, die das Licht streuen, indem sie die Welle brechen und in viele Richtungen streuen (wie z. B. eine glatte, weiße Farbe). Ein Spiegel kann also jede Oberfläche sein, deren Textur oder Rauheit kleiner (glatter) ist als die Wellenlänge. ⓘ
Wenn man in einen Spiegel schaut, sieht man ein Spiegelbild oder ein reflektiertes Bild von Objekten in der Umgebung, das durch das von ihnen ausgestrahlte oder gestreute und vom Spiegel in Richtung der eigenen Augen reflektierte Licht entsteht. Durch diesen Effekt entsteht die Illusion, dass sich diese Gegenstände hinter oder (manchmal) vor dem Spiegel befinden. Wenn die Oberfläche nicht eben ist, kann sich ein Spiegel wie eine reflektierende Linse verhalten. Ein ebener Spiegel liefert ein echt aussehendes, unverzerrtes Bild, während ein gebogener Spiegel das Bild auf verschiedene Weise verzerren, vergrößern oder verkleinern kann, wobei Linien, Kontrast, Schärfe, Farben und andere Bildeigenschaften erhalten bleiben. ⓘ
Ein Spiegel wird üblicherweise verwendet, um sich selbst zu begutachten, z. B. bei der Körperpflege; daher der altmodische Name "Spiegel". Diese Verwendung, die auf die Vorgeschichte zurückgeht, überschneidet sich mit der Verwendung in der Dekoration und Architektur. Spiegel werden auch verwendet, um andere Gegenstände zu betrachten, die aufgrund von Hindernissen nicht direkt sichtbar sind; Beispiele hierfür sind Rückspiegel in Fahrzeugen, Sicherheitsspiegel in oder an Gebäuden und Zahnarztspiegel. Spiegel werden auch in optischen und wissenschaftlichen Geräten wie Teleskopen, Lasern, Kameras, Periskopen und Industriemaschinen verwendet. ⓘ
Die Begriffe "Spiegel" und "Reflektor" können auch für Objekte verwendet werden, die andere Arten von Wellen reflektieren. Ein akustischer Spiegel reflektiert Schallwellen. Objekte wie Wände, Decken oder natürliche Gesteinsformationen können Echos erzeugen, und diese Tendenz wird in der Akustiktechnik oft zu einem Problem, wenn es um die Gestaltung von Häusern, Hörsälen oder Aufnahmestudios geht. Akustische Spiegel können für Anwendungen wie Parabolmikrofone, atmosphärische Studien, Sonar und Meeresbodenkartierung verwendet werden. Ein Atomspiegel reflektiert Materiewellen und kann für die atomare Interferometrie und die atomare Holographie verwendet werden. ⓘ
Die Transparenz und Absorption (halbtransparent, nicht-transparent, wellenlängenabhängige Transparenz oder Absorption) des Spiegels hat Einfluss auf Helligkeit und Farbe des Spiegelbildes. Ferner wird niemals die gesamte Energie gespiegelt, es gibt immer einen Verlust – der Reflexionsgrad ist immer kleiner als 100 %. ⓘ
Geschichte
Rechts: Sitzende Frau, die einen Spiegel hält; altgriechischer attischer rotfiguriger Lekythos des Malers Sabouroff, ca. 470-460 v. Chr., Archäologisches Nationalmuseum, Athen (Griechenland) ⓘ
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Vorgeschichte
Die ersten von Menschen benutzten Spiegel waren höchstwahrscheinlich Tümpel mit dunklem, stehendem Wasser oder Wasser, das in einer Art primitivem Gefäß gesammelt wurde. Voraussetzung für die Herstellung eines guten Spiegels ist eine sehr ebene Oberfläche (vorzugsweise, aber nicht unbedingt mit hohem Reflexionsvermögen) und eine Oberflächenrauheit, die kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts. ⓘ
Die frühesten hergestellten Spiegel waren Stücke aus poliertem Stein wie Obsidian, einem natürlich vorkommenden vulkanischen Glas. Beispiele für Obsidianspiegel, die in Anatolien (der heutigen Türkei) gefunden wurden, wurden auf etwa 6000 v. Chr. datiert. Spiegel aus poliertem Kupfer wurden in Mesopotamien ab 4000 v. Chr. und im alten Ägypten ab etwa 3000 v. Chr. hergestellt. Spiegel aus poliertem Stein aus Mittel- und Südamerika stammen aus der Zeit ab etwa 2000 v. Chr. ⓘ
Bronzezeit bis Frühmittelalter
In der Bronzezeit wurden in den meisten Kulturen Spiegel aus polierten Scheiben aus Bronze, Kupfer, Silber oder anderen Metallen verwendet. Das Volk von Kerma in Nubien war in der Herstellung von Spiegeln sehr geschickt. Überreste ihrer Bronzeöfen wurden in den Tempeln von Kerma gefunden. In China wurden Bronzespiegel ab etwa 2000 v. Chr. hergestellt, wobei einige der frühesten Exemplare aus Bronze und Kupfer von der Qijia-Kultur produziert wurden. Solche Metallspiegel blieben bis in die griechisch-römische Antike und das gesamte Mittelalter in Europa die Norm. Während des Römischen Reiches waren Silberspiegel sogar bei Mägden weit verbreitet. ⓘ
Spekulum-Metall ist eine stark reflektierende Legierung aus Kupfer und Zinn, die bis vor einigen Jahrhunderten für Spiegel verwendet wurde. Solche Spiegel stammen möglicherweise aus China und Indien. Spiegel aus Spekulum-Metall oder anderen Edelmetallen waren schwer herzustellen und gehörten nur den Wohlhabenden. ⓘ
Gewöhnliche Metallspiegel liefen an und mussten häufig poliert werden. Bronzespiegel hatten ein geringes Reflexionsvermögen und eine schlechte Farbwiedergabe, und Spiegel aus Stein waren in dieser Hinsicht noch viel schlechter. Diese Mängel erklären den Hinweis im Neuen Testament in 1. Korinther 13, dass man "wie in einem Spiegel im Dunkeln" sieht. ⓘ
Der griechische Philosoph Sokrates, berühmt für sein "Erkenne dich selbst", forderte junge Menschen auf, sich in Spiegeln zu betrachten, damit sie, wenn sie schön waren, ihrer Schönheit würdig würden, und wenn sie hässlich waren, wüssten sie, wie sie ihre Schande durch Lernen verbergen könnten. ⓘ
Die Verwendung von Glas für Spiegel begann im 1. Jahrhundert n. Chr. mit der Entwicklung von Kalknatronglas und der Glasbläserei. Der römische Gelehrte Plinius der Ältere behauptet, dass Handwerker in Sidon (im heutigen Libanon) Glasspiegel herstellten, die auf der Rückseite mit Blei oder Blattgold beschichtet waren. Das Metall sorgte für ein gutes Reflexionsvermögen, und das Glas bot eine glatte Oberfläche und schützte das Metall vor Kratzern und Anlaufen. Es gibt jedoch keine archäologischen Beweise für Glasspiegel vor dem dritten Jahrhundert. ⓘ
Diese frühen Glasspiegel wurden hergestellt, indem eine Glasblase geblasen und dann ein kleiner kreisförmiger Abschnitt mit einem Durchmesser von 10 bis 20 cm abgeschnitten wurde. Ihre Oberfläche war entweder konkav oder konvex, und Unvollkommenheiten führten zu einer Verzerrung des Bildes. Die mit Blei beschichteten Spiegel waren sehr dünn, um Risse durch die Hitze des geschmolzenen Metalls zu vermeiden. Aufgrund ihrer schlechten Qualität, der hohen Kosten und der geringen Größe blieben Spiegel aus massivem Metall, vor allem aus Stahl, bis ins späte neunzehnte Jahrhundert in Gebrauch. ⓘ
Silberbeschichtete Metallspiegel wurden in China bereits um 500 n. Chr. entwickelt. Das blanke Metall wurde mit einem Amalgam beschichtet und dann erhitzt, bis das Quecksilber verkochte. ⓘ
Mittelalter und Renaissance
Die Entwicklung von Glasspiegeln im Mittelalter folgte den Verbesserungen in der Glasherstellungstechnologie. Glasmacher in Frankreich stellten flache Glasplatten her, indem sie Glasblasen bliesen, sie schnell drehten, um sie zu glätten, und dann Rechtecke aus ihnen herausschnitten. Eine bessere Methode, die in Deutschland entwickelt und im 16. Jahrhundert in Venedig perfektioniert wurde, bestand darin, einen Glaszylinder zu blasen, die Enden abzuschneiden, ihn der Länge nach aufzuschneiden und ihn auf einer flachen, heißen Platte auszurollen. Die venezianischen Glasmacher übernahmen auch Bleiglas für Spiegel, weil es kristallklar und leichter zu bearbeiten war. Im 11. Jahrhundert wurden im maurischen Spanien bereits Glasspiegel hergestellt. ⓘ
In der europäischen Frührenaissance wurde eine Feuervergoldungstechnik entwickelt, mit der eine gleichmäßige und stark reflektierende Zinnschicht auf Glasspiegeln erzeugt werden konnte. Die Rückseite des Glases wurde mit einem Zinn-Quecksilber-Amalgam beschichtet, und das Quecksilber wurde dann durch Erhitzen des Stücks verdampft. Dieses Verfahren verursachte einen geringeren Wärmeschock für das Glas als die ältere Methode mit geschmolzenem Blei. Das Datum und der Ort der Entdeckung sind nicht bekannt, aber im 16. Jahrhundert war Venedig ein Zentrum der Spiegelherstellung mit dieser Technik. Diese venezianischen Spiegel waren bis zu 40 Zoll (100 cm) groß. ⓘ
Ein Jahrhundert lang behielt Venedig das Monopol für die Zinnamalgamtechnik. Die venezianischen Spiegel in reich verzierten Rahmen dienten als Luxusdekoration für Paläste in ganz Europa und waren sehr teuer. So soll die Gräfin von Fiesque im späten siebzehnten Jahrhundert eine ganze Weizenfarm für einen Spiegel eingetauscht haben, weil sie ihn für ein Schnäppchen hielt. Gegen Ende des Jahrhunderts wurde das Geheimnis jedoch durch Industriespionage gelüftet. Französischen Werkstätten gelang es, das Verfahren in großem Maßstab zu industrialisieren, so dass die Spiegel trotz der Giftigkeit des Quecksilberdampfes schließlich für die breite Masse erschwinglich wurden. ⓘ
Zum Ende des Mittelalters wurde die Technik der Glasspiegel weiterentwickelt, man stellte Quecksilber-Spiegel her. Dabei wurde Quecksilber auf dünne, auf Papier gelagerte, polierte Zinnfolien aufgetragen und mit einem weiteren, glatten Papierblatt bedeckt. Darauf wurde eine Glasplatte gelegt und leicht angedrückt, während die obere Papierschicht wieder entfernt wurde. Nach 10 bis 20 Stunden Ruhe- und Presszeit und bis zu zwei Wochen Trocknungszeit war der Spiegel fertig. ⓘ
Da sich Zinn und Quecksilber zu Zinnamalgam verbinden, wäre Zinnamalgam-Spiegel die korrekte Bezeichnung. Die Herstellung dieser Spiegel war ungleich aufwändiger als die Spiegelherstellung durch Einblasen der Legierung in Glaskugeln, wurde jedoch fast vier Jahrhunderte lang angewandt. ⓘ
Von der Erfindung um 1450 bis 1665 war die Herstellung von klaren Kristallspiegeln ein Monopol der Glasbläser der venezianischen Insel Murano. Dann wurden zwanzig Handwerker von Frankreich abgeworben und eine königliche Spiegelglasmanufaktur errichtet, zuerst in Paris, ab 1695 in Saint-Gobain. Hier wurden die ersten ebenen Spiegel hergestellt. 1734 kosteten zwei Quadratmeter Spiegelglas ein Jahresgehalt eines Glasbläsers. ⓘ
Industrielle Revolution
Die Erfindung der Bandmaschine in der späten industriellen Revolution ermöglichte die Herstellung moderner Glasscheiben in großen Mengen. Die auf königliche Initiative in Frankreich gegründete Fabrik Saint-Gobain war ein wichtiger Hersteller, aber auch böhmisches und deutsches Glas, das oft etwas billiger war, spielte eine wichtige Rolle. ⓘ
Die Erfindung des versilberten Glasspiegels wird dem deutschen Chemiker Justus von Liebig im Jahr 1835 zugeschrieben. Bei seinem Verfahren der Nassabscheidung wurde durch chemische Reduktion von Silbernitrat eine dünne Schicht metallischen Silbers auf Glas aufgebracht. Dieser Versilberungsprozess wurde für die Massenproduktion angepasst und führte zu einer größeren Verfügbarkeit von erschwinglichen Spiegeln. ⓘ
Zeitgenössische Technologien
Heutzutage werden Spiegel häufig durch die Nassabscheidung von Silber oder manchmal auch von Nickel oder Chrom (letzteres wird am häufigsten bei Autospiegeln verwendet) durch galvanische Abscheidung direkt auf dem Glassubstrat hergestellt. ⓘ
Glasspiegel für optische Instrumente werden in der Regel durch Vakuumabscheidung hergestellt. Diese Techniken gehen auf Beobachtungen in den 1920er und 1930er Jahren zurück, wonach Metall von den Elektroden in Gasentladungslampen abgeschleudert wurde und sich an den Glaswänden niederschlug und eine spiegelähnliche Beschichtung bildete. Dieses als Sputtern bezeichnete Phänomen wurde mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie in den 1970er Jahren zu einer industriellen Metallbeschichtungsmethode weiterentwickelt. ⓘ
Ein ähnliches Phänomen wurde bei Glühbirnen beobachtet: Das Metall im heißen Glühfaden sublimierte langsam und kondensierte an den Wänden der Birne. Dieses Phänomen wurde 1912 von Pohl und Pringsheim zur Methode der Verdampfungsbeschichtung weiterentwickelt. John D. Strong verwendete die Aufdampfbeschichtung in den 1930er Jahren zur Herstellung der ersten aluminiumbeschichteten Teleskopspiegel. Der erste dielektrische Spiegel wurde 1937 von Auwarter mit aufgedampftem Rhodium hergestellt. ⓘ
Die Metallbeschichtung von Glasspiegeln wird in der Regel durch eine darüber aufgetragene Farbschicht vor Abrieb und Korrosion geschützt. Bei Spiegeln für optische Instrumente befindet sich die Metallschicht häufig auf der Vorderseite, so dass das Licht das Glas nicht zweimal durchqueren muss. Bei diesen Spiegeln kann das Metall durch eine dünne transparente Beschichtung aus einem nichtmetallischen (dielektrischen) Material geschützt werden. Der erste metallische Spiegel, der mit einer dielektrischen Beschichtung aus Siliziumdioxid versehen wurde, stammt von Hass aus dem Jahr 1937. Im Jahr 1939 erfand Walter Geffcken bei der Firma Schott Glass die ersten dielektrischen Spiegel mit Mehrschichtbeschichtung. ⓘ
Brennende Spiegel
Die Griechen der klassischen Antike waren mit der Verwendung von Spiegeln zur Konzentration von Licht vertraut. Parabolspiegel wurden von dem Mathematiker Diokles in seinem Werk Über brennende Spiegel beschrieben und untersucht. Ptolemäus führte eine Reihe von Experimenten mit gekrümmten polierten Eisenspiegeln durch und behandelte in seiner Optik ebene, konvexe und konkave sphärische Spiegel. ⓘ
Parabolspiegel wurden auch von dem Mathematiker Ibn Sahl aus dem Kalifat im zehnten Jahrhundert beschrieben. Der Gelehrte Ibn al-Haytham diskutierte konkave und konvexe Spiegel sowohl in zylindrischer als auch in sphärischer Geometrie, führte eine Reihe von Experimenten mit Spiegeln durch und löste das Problem, den Punkt auf einem konvexen Spiegel zu finden, an dem ein von einem Punkt kommender Strahl zu einem anderen Punkt reflektiert wird. ⓘ
Arten von Spiegeln
Spiegel können in vielerlei Hinsicht klassifiziert werden, z. B. nach Form, Halterung, reflektierenden Materialien, Herstellungsmethoden und Verwendungszweck. ⓘ
Nach Form
Spiegel sind schon seit langem häufige Elemente des Aberglaubens bzw. im Volksglauben. Beispiele hierfür:
- Wenn man einen Spiegel zerbricht, würde man sieben Jahre lang von Unglück heimgesucht, denn im Spiegel befände sich ein Doppelgänger. Sollte man diesen verletzen, würde er sich rächen. Man könne das Unglück auch abwenden, wenn man die Splitter schwarz färbt oder sie in fließendes Wasser eintaucht.
- Sollte man einem kleinen Kind den Spiegel zeigen, könne es ängstlich oder oft krank werden.
- Wenn man aus dem Haus geht und feststellt, dass man etwas vergessen hat, solle man in seine Widerspiegelung schauen, sonst würde man auf seinem Weg auf viele Hindernisse treffen.
- Im Hause eines Toten solle man alle Spiegel zuhängen, damit sich seine Seele dort nicht ansiedeln kann und die Lebenden erschreckt.
- Eine Frau dürfe nicht in den Spiegel schauen, wenn sie menstruiert, schwanger ist oder gerade geboren hat, denn in dieser Zeit sehe sie ihr offenes Grab.
- Man solle vor dem Spiegel nichts Böses sagen und auch sich selbst nicht kritisieren, denn er spiegle das Gesagte.
- Man solle sich jeden Morgen vor den Spiegel stellen und ihn darum bitten, alles Böse im Haus zurückzuwerfen und alle, die in dem Haus wohnen, zu beschützen.
- Man könne seine Energie mit Hilfe des Spiegels aufladen, wenn man einige Minuten in seine Augen schaut, und zwar morgens vor Sonnenaufgang oder abends nach Sonnenuntergang. Die Erklärung hierfür ist, dass die Sonne die Energie wie ein Magnet anziehe.
- Im Schlafzimmer solle der Spiegel den Schlafenden möglichst nicht widerspiegeln, sonst würde man unruhig schlafen. Man könne die Spiegel auch während der Nacht zuhängen. Wenn man unruhig schläft, solle man einen großen Spiegel unter das Bett mit der Spiegelseite nach unten legen; er würde alle Einflüsse auf den Schlafenden in die Erde zurückwerfen.
- Vampire (die selbst ein Aberglaube sind) haben kein Spiegelbild. ⓘ
Typische Spiegelformen sind planar, konvex und konkav. ⓘ
Nach Strukturmaterial
Das gebräuchlichste Strukturmaterial für Spiegel ist Glas, da es transparent, leicht herzustellen, steif und hart ist und eine glatte Oberfläche aufweist. ⓘ
Rückseitig verspiegelte Spiegel
Die gebräuchlichsten Spiegel bestehen aus einer transparenten Glasplatte mit einer dünnen Reflexionsschicht auf der Rückseite (der dem einfallenden und reflektierten Licht abgewandten Seite), die mit einer Beschichtung versehen ist, die diese Schicht vor Abrieb, Anlaufen und Korrosion schützt. Bei dem Glas handelt es sich in der Regel um Kalk-Natron-Glas, für dekorative Effekte kann jedoch auch Bleiglas verwendet werden, und für spezielle Anwendungen können auch andere transparente Materialien eingesetzt werden. ⓘ
Anstelle von Glas kann auch eine Platte aus transparentem Kunststoff verwendet werden, um das Gewicht zu verringern oder die Stoßfestigkeit zu erhöhen. Alternativ kann eine flexible transparente Kunststofffolie auf die Vorder- und/oder Rückseite des Spiegels geklebt werden, um Verletzungen zu vermeiden, falls der Spiegel zu Bruch geht. Schriftzüge oder dekorative Designs können auf die Vorderseite des Glases gedruckt oder auf die reflektierende Schicht aufgebracht werden. Die Vorderseite kann mit einer Antireflexionsschicht versehen sein. ⓘ
Vorderseitig verspiegelte Spiegel
Spiegel, die auf der Vorderseite reflektieren (dieselbe Seite des einfallenden und reflektierten Lichts), können aus jedem starren Material hergestellt werden. Das Trägermaterial muss nicht unbedingt durchsichtig sein, aber bei Teleskopspiegeln wird ohnehin oft Glas verwendet. Oft wird eine transparente Schutzschicht auf die reflektierende Schicht aufgetragen, um sie vor Abrieb, Anlaufen und Korrosion zu schützen oder um bestimmte Wellenlängen zu absorbieren. ⓘ
Flexible Spiegel
Dünne, biegsame Kunststoffspiegel werden manchmal aus Sicherheitsgründen verwendet, da sie nicht zerbrechen oder scharfe Splitter erzeugen können. Ihre Ebenheit wird durch Aufspannen auf einen starren Rahmen erreicht. Sie bestehen in der Regel aus einer Schicht aufgedampften Aluminiums zwischen zwei dünnen Schichten aus transparentem Kunststoff. ⓘ
Durch reflektierendes Material
Bei herkömmlichen Spiegeln besteht die reflektierende Schicht in der Regel aus einem Metall wie Silber, Zinn, Nickel oder Chrom, das in einem Nassverfahren abgeschieden wird, oder aus Aluminium, das durch Sputtern oder Verdampfen im Vakuum abgeschieden wird. Die reflektierende Schicht kann auch aus einer oder mehreren Schichten aus transparenten Materialien mit geeigneten Brechungsindizes bestehen. ⓘ
Das Strukturmaterial kann ein Metall sein, in diesem Fall kann die reflektierende Schicht nur die Oberfläche desselben sein. Konkave Metallschalen werden häufig zur Reflexion von Infrarotlicht (z. B. in Weltraumheizungen) oder Mikrowellen (z. B. in Satellitenfernsehantennen) verwendet. Flüssigmetallteleskope verwenden eine Oberfläche aus flüssigem Metall wie Quecksilber. ⓘ
Spiegel, die nur einen Teil des Lichts reflektieren, den Rest aber durchlassen, können aus sehr dünnen Metallschichten oder geeigneten Kombinationen dielektrischer Schichten hergestellt werden. Sie werden in der Regel als Strahlenteiler verwendet. Ein dichroitischer Spiegel hat eine Oberfläche, die bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektiert, während sie andere Wellenlängen durchlässt. Ein Kaltlichtspiegel ist ein dichroitischer Spiegel, der das gesamte sichtbare Lichtspektrum effizient reflektiert, während er infrarote Wellenlängen durchlässt. Ein heißer Spiegel ist das Gegenteil: Er reflektiert infrarotes Licht, während er sichtbares Licht durchlässt. Dichroitische Spiegel werden häufig als Filter verwendet, um unerwünschte Lichtanteile in Kameras und Messgeräten zu entfernen. ⓘ
In Röntgenteleskopen werden die Röntgenstrahlen von einer hochpräzisen Metalloberfläche in fast streifenden Winkeln reflektiert, wobei nur ein kleiner Teil der Strahlen zurückgeworfen wird. Bei fliegenden relativistischen Spiegeln, die für Röntgenlaser entwickelt wurden, ist die reflektierende Oberfläche eine kugelförmige Schockwelle (Nachlaufwelle), die in einem Plasma geringer Dichte durch einen sehr intensiven Laserimpuls erzeugt wird und sich mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegt. ⓘ
Nichtlineare optische Spiegel
Ein phasenkonjugierender Spiegel verwendet nichtlineare Optik, um die Phasendifferenz zwischen einfallenden Strahlen umzukehren. Solche Spiegel können z. B. zur kohärenten Strahlkombination verwendet werden. Nützliche Anwendungen sind die Selbstlenkung von Laserstrahlen und die Korrektur atmosphärischer Verzerrungen in Abbildungssystemen. ⓘ
Physikalische Grundlagen
Wenn ein ausreichend schmaler Lichtstrahl an einem Punkt einer Oberfläche reflektiert wird, ist die Normalenrichtung der Oberfläche die Winkelhalbierende des Winkels, den die beiden Strahlen an diesem Punkt bilden. Das heißt, der Richtungsvektor in Richtung der Quelle des einfallenden Strahls, der Normalenvektor und der Richtungsvektor des reflektierten Strahls werden koplanar sein, und der Winkel zwischen und ist gleich dem Einfallswinkel zwischen und aber mit umgekehrtem Vorzeichen. ⓘ
Diese Eigenschaft lässt sich durch die Physik einer elektromagnetischen, ebenen Welle erklären, die auf eine ebene Oberfläche trifft, die elektrisch leitend ist oder wo sich die Lichtgeschwindigkeit abrupt ändert, wie zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes. ⓘ
- Wenn parallele Lichtstrahlen an einer ebenen Fläche reflektiert werden, sind auch die reflektierten Strahlen parallel.
- Ist die spiegelnde Oberfläche konkav, so sind die reflektierten Strahlen zumindest bis zu einem gewissen Grad und in einem gewissen Abstand von der Oberfläche konvergent.
- Ein konvexer Spiegel hingegen reflektiert parallele Strahlen in divergente Richtungen. ⓘ
Genauer gesagt reflektiert ein konkaver Parabolspiegel (dessen Oberfläche Teil eines Rotationsparaboloids ist) Strahlen, die parallel zu seiner Achse verlaufen, in Strahlen, die durch seinen Brennpunkt gehen. Umgekehrt reflektiert ein konkaver Parabolspiegel alle Strahlen, die aus seinem Brennpunkt kommen, in eine Richtung parallel zu seiner Achse. Ist die Oberfläche eines konkaven Spiegels Teil eines länglichen Ellipsoids, so reflektiert er jeden Strahl, der von einem Brennpunkt kommt, in den anderen Brennpunkt. ⓘ
Ein konvexer Parabolspiegel hingegen reflektiert Strahlen, die parallel zu seiner Achse verlaufen, in Strahlen, die vom Brennpunkt der Oberfläche hinter dem Spiegel auszugehen scheinen. Umgekehrt reflektiert er einfallende Strahlen, die zu diesem Punkt konvergieren, in Strahlen, die parallel zur Achse verlaufen. Ein konvexer Spiegel, der Teil eines länglichen Ellipsoids ist, reflektiert Strahlen, die zu einem Brennpunkt konvergieren, in divergente Strahlen, die vom anderen Brennpunkt auszugehen scheinen. ⓘ
Sphärische Spiegel reflektieren aufgrund der sphärischen Aberration keine parallelen Strahlen zu Strahlen, die zu einem einzigen Punkt konvergieren oder von ihm divergieren, oder umgekehrt. Ein kugelförmiger Spiegel, dessen Durchmesser im Vergleich zum Kugelradius hinreichend klein ist, verhält sich jedoch sehr ähnlich wie ein Parabolspiegel, dessen Achse durch den Mittelpunkt des Spiegels und den Mittelpunkt der Kugel verläuft, so dass kugelförmige Spiegel in vielen Anwendungen Parabolspiegel ersetzen können. ⓘ
Eine ähnliche Aberration tritt bei Parabolspiegeln auf, wenn die einfallenden Strahlen untereinander parallel sind, aber nicht parallel zur Spiegelachse verlaufen, oder von einem Punkt aus divergieren, der nicht der Brennpunkt ist - wie bei dem Versuch, ein Bild eines Objekts zu erzeugen, das sich in der Nähe des Spiegels befindet oder von ihm aus gesehen einen großen Winkel überspannt. Diese Abweichung kann jedoch hinreichend klein sein, wenn das Bild des Objekts weit genug vom Spiegel entfernt ist und einen hinreichend kleinen Winkel um seine Achse überspannt. ⓘ
Spiegelbilder
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Spiegel reflektieren dem Betrachter ein Bild. Im Gegensatz zu einem projizierten Bild auf einem Bildschirm existiert ein Bild jedoch nicht tatsächlich auf der Oberfläche des Spiegels. Wenn sich zum Beispiel zwei Personen in einem Spiegel betrachten, sehen beide unterschiedliche Bilder auf derselben Oberfläche. Wenn die Lichtwellen durch die Linse des Auges konvergieren, interferieren sie miteinander, um das Bild auf der Oberfläche der Netzhaut zu formen, und da beide Betrachter Wellen sehen, die aus unterschiedlichen Richtungen kommen, sieht jeder ein anderes Bild in demselben Spiegel. Die Bilder, die man in einem Spiegel sieht, hängen also vom Winkel des Spiegels zum Auge ab. Der Winkel zwischen dem Objekt und dem Betrachter ist immer doppelt so groß wie der Winkel zwischen dem Auge und der Normalen, d. h. der Richtung, die senkrecht auf der Oberfläche steht. Dies ermöglicht es Tieren mit beidäugigem Sehvermögen, das reflektierte Bild mit Tiefenwahrnehmung und in drei Dimensionen zu sehen. ⓘ
Der Spiegel bildet ein virtuelles Bild von allem, was sich im entgegengesetzten Winkel zum Betrachter befindet, d. h., die Objekte im Bild erscheinen in einer direkten Sichtlinie - hinter der Spiegeloberfläche - in gleicher Entfernung zu ihrer Position vor dem Spiegel. Objekte, die sich hinter dem Betrachter oder zwischen dem Betrachter und dem Spiegel befinden, werden zum Betrachter zurückreflektiert, ohne dass sich die Ausrichtung ändert; die Lichtwellen werden einfach in eine Richtung senkrecht zum Spiegel umgelenkt. Wenn jedoch der Betrachter dem Objekt gegenübersteht und der Spiegel sich in einem Winkel zwischen ihnen befindet, erscheint das Bild um 180° in der Richtung des Winkels gedreht. ⓘ
Objekte, die in einem (ebenen) Spiegel betrachtet werden, erscheinen seitlich invertiert (wenn man z. B. die rechte Hand hebt, scheint die linke Hand im Spiegel nach oben zu gehen), aber nicht vertikal invertiert (im Bild erscheint der Kopf einer Person immer noch über ihrem Körper). Ein Spiegel "vertauscht" jedoch nicht links und rechts, genauso wenig wie er oben und unten vertauscht. Ein Spiegel vertauscht Vorder- und Rückseite. Genauer gesagt kehrt er das Objekt in der Richtung um, die senkrecht zur Spiegelfläche verläuft (die Normale), und stellt das dreidimensionale Bild auf den Kopf (so wie ein Handschuh, der von der Hand abgezogen wird, auf den Kopf gestellt werden kann, so dass aus einem linken Handschuh ein rechter Handschuh wird oder umgekehrt). Wenn eine Person ihre linke Hand hebt, hebt sich die tatsächliche linke Hand im Spiegel, aber es entsteht die Illusion, dass sich die rechte Hand hebt, weil die imaginäre Person im Spiegel buchstäblich auf dem Kopf steht, mit der Hand und allem. Wenn die Person seitlich vor einem Spiegel steht, kehrt der Spiegel tatsächlich die linke und rechte Hand um, d. h. Objekte, die physisch näher am Spiegel sind, erscheinen im virtuellen Bild immer näher, und Objekte, die weiter von der Oberfläche entfernt sind, erscheinen unabhängig vom Winkel immer symmetrisch weiter entfernt. ⓘ
Wenn man ein Bild von sich selbst betrachtet, bei dem die Achse von vorne nach hinten gedreht ist, nimmt man ein Bild wahr, bei dem die Achse von links nach rechts gedreht ist. Bei der Reflexion im Spiegel liegt die rechte Hand einer Person ihrer wirklichen rechten Hand direkt gegenüber, wird aber vom Verstand als die linke Hand auf dem Bild wahrgenommen. Wenn eine Person in einen Spiegel blickt, wird das Bild in Wirklichkeit von vorne nach hinten (von innen nach außen) gedreht, ein Effekt, der der Illusion der Hohlmaske ähnlich ist. Beachten Sie, dass sich ein Spiegelbild grundlegend vom Objekt unterscheidet (von innen nach außen) und nicht durch einfaches Drehen des Objekts reproduziert werden kann. Man sagt, dass ein Objekt und sein Spiegelbild chiral sind. ⓘ
Bei Dingen, die als zweidimensionale Objekte betrachtet werden können (wie z. B. Text), kann die Umkehrung der Vorder- und Rückseite die beobachtete Umkehrung in der Regel nicht erklären. Ein Bild ist eine zweidimensionale Darstellung eines dreidimensionalen Raums, und da es in einer zweidimensionalen Ebene existiert, kann ein Bild von vorne oder von hinten betrachtet werden. Genauso wie ein Text auf einem Blatt Papier seitenverkehrt erscheint, wenn er gegen ein Licht gehalten und von hinten betrachtet wird, erscheint ein Text, der vor einen Spiegel gehalten wird, seitenverkehrt, weil das Bild des Textes immer noch vom Betrachter abgewandt ist. Eine andere Möglichkeit, die Umkehrungen bei Bildern von Objekten zu verstehen, die eigentlich zweidimensional sind, besteht darin, dass die Umkehrung von links und rechts in einem Spiegel auf die Art und Weise zurückzuführen ist, wie der Mensch seine Umgebung wahrnimmt. Die Reflektion einer Person in einem Spiegel scheint eine reale Person zu sein, die ihr gegenübersteht, aber damit sich diese Person wirklich gegenübersteht (z. B. Zwillinge), müsste sich eine Person physisch umdrehen und der anderen gegenüberstehen, was zu einer tatsächlichen Vertauschung von rechts und links führt. Ein Spiegel erzeugt die Illusion einer Links-Rechts-Umkehrung, weil links und rechts nicht vertauscht wurden, als sich das Bild scheinbar umdrehte, um dem Betrachter gegenüberzustehen. Die egozentrische Navigation des Betrachters (links und rechts in Bezug auf den Standpunkt des Betrachters; d. h.: "mein links...") wird unbewusst durch seine allozentrische Navigation (links und rechts in Bezug auf den Standpunkt eines anderen; "...dein rechts") ersetzt, wenn er das virtuelle Bild der scheinbaren Person hinter dem Spiegel verarbeitet. Ebenso müsste ein Text, der in einem Spiegel betrachtet wird, physisch umgedreht werden, d. h. dem Betrachter zugewandt und von der Oberfläche weg, wobei tatsächlich links und rechts vertauscht würden, um im Spiegel gelesen zu werden. ⓘ
Optische Eigenschaften
Reflexionsvermögen
Das Reflexionsvermögen eines Spiegels wird durch den prozentualen Anteil des reflektierten Lichts an der Gesamtmenge des einfallenden Lichts bestimmt. Das Reflexionsvermögen kann mit der Wellenlänge variieren. Das gesamte oder ein Teil des nicht reflektierten Lichts wird vom Spiegel absorbiert, während in einigen Fällen auch ein Teil des Lichts durchgelassen werden kann. Obwohl ein kleiner Teil des Lichts von der Beschichtung absorbiert wird, ist das Reflexionsvermögen bei Spiegeln mit erster Oberfläche in der Regel höher, da sowohl Reflexions- als auch Absorptionsverluste durch das Substrat vermieden werden. Das Reflexionsvermögen wird häufig durch die Art und Dicke der Beschichtung bestimmt. Wenn die Dicke der Beschichtung ausreicht, um eine Übertragung zu verhindern, entstehen alle Verluste durch Absorption. Aluminium ist härter, preiswerter und anlaufbeständiger als Silber. Es reflektiert 85 bis 90 % des Lichts im sichtbaren bis nahen ultravioletten Bereich, verliert aber zwischen 800 und 900 nm an Reflexionsvermögen. Gold ist sehr weich, leicht zerkratzbar und kostspielig, läuft aber nicht an. Gold reflektiert zu mehr als 96 % Licht im nahen und fernen Infrarotbereich zwischen 800 und 12000 nm, reflektiert aber sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 600 nm (gelb) nur schlecht. Silber ist teuer, weich und läuft schnell an, hat aber von allen Metallen das höchste Reflexionsvermögen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich. Silber kann bis zu 98 oder 99 % des Lichts bis zu einer Wellenlänge von 2000 nm reflektieren, verliert aber fast die gesamte Reflektivität bei Wellenlängen unter 350 nm. Dielektrische Spiegel können mehr als 99,99 % des Lichts reflektieren, allerdings nur für einen engen Wellenlängenbereich, der von einer Bandbreite von nur 10 nm bis zu 100 nm bei abstimmbaren Lasern reicht. Dielektrische Beschichtungen können jedoch auch das Reflexionsvermögen metallischer Beschichtungen erhöhen und sie vor Kratzern oder Anlaufen schützen. Dielektrische Materialien sind in der Regel sehr hart und relativ billig, aber die Anzahl der erforderlichen Beschichtungen macht das Verfahren im Allgemeinen teuer. Bei Spiegeln mit geringen Toleranzen kann die Schichtdicke reduziert werden, um Kosten zu sparen, und einfach mit Farbe überzogen werden, um die Transmission zu absorbieren. ⓘ
Qualität der Oberfläche
Die Oberflächenqualität bzw. Oberflächengenauigkeit misst die Abweichungen von einer perfekten, idealen Oberflächenform. Eine Verbesserung der Oberflächenqualität verringert Verzerrungen, Artefakte und Aberrationen in Bildern und trägt dazu bei, die Kohärenz und Kollimation zu verbessern und unerwünschte Divergenzen in Strahlen zu verringern. Bei Planspiegeln wird dies häufig durch die Ebenheit beschrieben, während andere Oberflächenformen mit einer idealen Form verglichen werden. Die Oberflächenqualität wird in der Regel mit Geräten wie Interferometern oder optischen Planflächen gemessen, und zwar meist in Lichtwellenlängen (λ). Diese Abweichungen können viel größer oder viel kleiner als die Oberflächenrauheit sein. Ein normaler Haushaltsspiegel aus Floatglas kann Ebenheitstoleranzen von nur 9-14λ pro Zoll (25,4 mm) aufweisen, was einer Abweichung von 5600 bis 8800 Nanometern von der perfekten Ebenheit entspricht. Geschliffene und polierte Präzisionsspiegel für Laser oder Teleskope können über die gesamte Oberfläche Toleranzen von bis zu λ/50 (1/50 der Wellenlänge des Lichts oder etwa 12 nm) aufweisen. Die Oberflächenqualität kann durch Faktoren wie Temperaturschwankungen, innere Spannungen im Substrat oder sogar Biegeeffekte beeinflusst werden, die bei der Kombination von Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auftreten, ähnlich wie bei einem Bimetallstreifen. ⓘ
Oberflächenrauhigkeit
Die Oberflächenrauheit beschreibt die Beschaffenheit der Oberfläche, oft in Form der Tiefe der mikroskopischen Kratzer, die durch die Poliervorgänge entstanden sind. Die Oberflächenrauhigkeit bestimmt, wie viel von der Reflexion spiegelnd und wie viel diffus ist, was wiederum bestimmt, wie scharf oder unscharf das Bild sein wird. ⓘ
Für eine perfekte spiegelnde Reflexion muss die Oberflächenrauhigkeit kleiner sein als die Wellenlänge des Lichts. Mikrowellen, die manchmal eine Wellenlänge von mehr als einem Zoll (~25 mm) haben, können von einer Metallgittertür, einer kontinentalen Eisdecke oder Wüstensand spiegelnd reflektiert werden, während sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von nur einigen hundert Nanometern (einigen hunderttausendstel Zoll) auf eine sehr glatte Oberfläche treffen muss, um spiegelnd zu reflektieren. Bei Wellenlängen, die sich dem Durchmesser der Atome annähern oder sogar kürzer sind, wie z. B. Röntgenstrahlen, kann spiegelnde Reflexion nur von Oberflächen erzeugt werden, die im Streiflicht der Strahlen liegen. ⓘ
Die Oberflächenrauheit wird in der Regel in Mikrometern, Wellenlänge oder Korngröße gemessen, wobei ~80.000-100.000 Körner oder ~½λ-¼λ als "optische Qualität" gelten. ⓘ
Durchlässigkeit
Die Durchlässigkeit wird durch den Prozentsatz des durchgelassenen Lichts im Verhältnis zum einfallenden Licht bestimmt. Die Durchlässigkeit ist in der Regel für die erste und die zweite Oberfläche gleich groß. Die Kombination aus durchgelassenem und reflektiertem Licht, subtrahiert vom einfallenden Licht, misst die Menge, die sowohl von der Beschichtung als auch vom Substrat absorbiert wird. Bei transmissiven Spiegeln, wie z. B. Einwegspiegeln, Strahlteilern oder Laser-Ausgangskopplern, ist die Transmissivität des Spiegels ein wichtiger Faktor. Die Durchlässigkeit metallischer Beschichtungen wird häufig durch ihre Dicke bestimmt. Bei Präzisionsstrahlteilern oder Ausgangskopplern muss die Dicke der Beschichtung mit sehr hohen Toleranzen eingehalten werden, um die richtige Lichtmenge zu übertragen. Bei dielektrischen Spiegeln muss die Schichtdicke immer mit hohen Toleranzen eingehalten werden, aber oft ist es eher die Anzahl der einzelnen Schichten, die die Durchlässigkeit bestimmt. Für das Substrat muss das verwendete Material ebenfalls eine gute Durchlässigkeit für die gewählten Wellenlängen aufweisen. Glas ist ein geeignetes Substrat für die meisten Anwendungen im Bereich des sichtbaren Lichts, aber für infrarote oder ultraviolette Wellenlängen können auch andere Substrate wie Zinkselenid oder synthetischer Saphir verwendet werden. ⓘ
Keil
Keilfehler werden durch die Abweichung der Oberflächen von der perfekten Parallelität verursacht. Ein optischer Keil ist der Winkel, der sich zwischen zwei ebenen Flächen (oder zwischen den Hauptebenen gekrümmter Flächen) aufgrund von Herstellungsfehlern oder Beschränkungen bildet, wodurch eine Kante des Spiegels etwas dicker ist als die andere. Fast alle Spiegel und Optiken mit parallelen Flächen weisen einen leichten Keil auf, der in der Regel in Bogensekunden oder -minuten gemessen wird. Bei Spiegeln mit einer ersten Oberfläche können Keile zu Ausrichtungsabweichungen bei den Befestigungselementen führen. Bei Spiegeln mit zweiter Oberfläche oder transmissiven Spiegeln können Keile eine prismatische Wirkung auf das Licht haben und dessen Flugbahn oder, in sehr geringem Maße, dessen Farbe verändern, was chromatische und andere Formen der Aberration verursacht. In manchen Fällen ist eine leichte Verkeilung erwünscht, z. B. bei bestimmten Lasersystemen, bei denen Streureflexionen von der unbeschichteten Oberfläche besser gestreut als durch das Medium zurückgeworfen werden. ⓘ
Oberflächendefekte
Oberflächendefekte sind kleinräumige, diskontinuierliche Unregelmäßigkeiten in der Oberflächenglätte. Oberflächendefekte sind größer (in manchen Fällen viel größer) als die Oberflächenrauhigkeit, betreffen aber nur kleine, lokalisierte Teile der gesamten Oberfläche. Sie treten typischerweise in Form von Kratzern, Vertiefungen, Vertiefungen (oft durch Blasen im Glas), Schlieren (Kratzer von früheren Poliervorgängen mit größerer Körnung, die durch nachfolgende Polierkörnungen nicht vollständig entfernt wurden), Kantenausbrüchen oder Unreinheiten in der Beschichtung auf. Diese Defekte sind oft ein unvermeidlicher Nebeneffekt der Herstellungsbeschränkungen, sowohl bei den Kosten als auch bei der Maschinenpräzision. Wenn sie gering genug gehalten werden, haben diese Defekte bei den meisten Anwendungen kaum nachteilige Auswirkungen, es sei denn, die Oberfläche befindet sich in einer Bildebene, in der sie direkt zu sehen sind. Bei Anwendungen, die eine extrem geringe Lichtstreuung, einen extrem hohen Reflexionsgrad oder eine geringe Absorption aufgrund hoher Energien erfordern, die den Spiegel zerstören könnten, wie z. B. bei Lasern oder Fabry-Perot-Interferometern, müssen die Oberflächenfehler so gering wie möglich gehalten werden. ⓘ
Herstellung
Spiegel werden in der Regel entweder durch Polieren eines von Natur aus reflektierenden Materials, wie z. B. Spiegelmetall, oder durch Aufbringen einer reflektierenden Beschichtung auf ein geeignetes poliertes Substrat hergestellt. ⓘ
Bei einigen Anwendungen, die in der Regel kostensensibel sind oder eine lange Lebensdauer erfordern, wie z. B. beim Einbau in eine Gefängniszelle, können die Spiegel aus einem einzigen, massiven Material wie poliertem Metall hergestellt werden. Metalle bestehen jedoch aus kleinen Kristallen (Körnern), die durch Korngrenzen voneinander getrennt sind, die verhindern können, dass die Oberfläche eine optische Glätte und ein gleichmäßiges Reflexionsvermögen erreicht. ⓘ
Beschichtung
Versilbern
Die Beschichtung von Glas mit einer reflektierenden Metallschicht wird allgemein als "Versilberung" bezeichnet, auch wenn das Metall nicht unbedingt Silber ist. Die wichtigsten Verfahren sind derzeit die galvanische Beschichtung, die "nasse" chemische Abscheidung und die Vakuumbeschichtung. Frontbeschichtete Metallspiegel erreichen im Neuzustand Reflexionsgrade von 90-95 %. ⓘ
Dielektrische Beschichtung
Für Anwendungen, die ein höheres Reflexionsvermögen oder eine längere Lebensdauer erfordern und bei denen eine große Bandbreite nicht unbedingt erforderlich ist, werden dielektrische Beschichtungen verwendet, die in einem begrenzten Wellenlängenbereich ein Reflexionsvermögen von bis zu 99,997 % erreichen können. Da sie oft chemisch stabil sind und keinen Strom leiten, werden dielektrische Beschichtungen fast immer durch Vakuumabscheidung aufgebracht, am häufigsten durch Aufdampfen. Da die Beschichtungen in der Regel transparent sind, sind die Absorptionsverluste vernachlässigbar. Anders als bei Metallen ist das Reflexionsvermögen der einzelnen dielektrischen Schichten eine Funktion des Snell'schen Gesetzes, bekannt als die Fresnel-Gleichungen, die durch den Unterschied im Brechungsindex zwischen den Schichten bestimmt werden. Daher können die Dicke und der Index der Schichten so eingestellt werden, dass sie auf jede Wellenlänge zentriert sind. Die Vakuumbeschichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen, z. B. durch Sputtern, Aufdampfen, Lichtbogenbeschichtung, reaktive Gasbeschichtung und Ionenplattierung, um nur einige zu nennen. ⓘ
Formgebung und Polieren
Toleranzen
Spiegel können je nach gewünschter Anwendung mit einer großen Bandbreite an technischen Toleranzen hergestellt werden, z. B. in Bezug auf Reflexionsvermögen, Oberflächenqualität, Oberflächenrauhigkeit oder Lichtdurchlässigkeit. Diese Toleranzen können von breit, wie bei einem normalen Haushaltsspiegel, bis hin zu extrem eng, wie bei Lasern oder Teleskopen, reichen. Eine Verengung der Toleranzen ermöglicht eine bessere und präzisere Abbildung oder Strahlenübertragung über größere Entfernungen. Bei bildgebenden Systemen kann dies zur Verringerung von Anomalien (Artefakten), Verzerrungen oder Unschärfe beitragen, allerdings zu einem wesentlich höheren Preis. Bei relativ geringen Betrachtungsabständen oder wenn eine hohe Präzision keine Rolle spielt, können größere Toleranzen genutzt werden, um effektive Spiegel zu erschwinglichen Kosten herzustellen. ⓘ
Anwendungen
Körperpflege
Spiegel werden häufig als Hilfsmittel für die Körperpflege verwendet. Es gibt sie in kleinen Größen (tragbar) bis hin zu Ganzkörperspiegeln; sie können in der Hand gehalten werden, mobil, feststehend oder verstellbar sein. Ein klassisches Beispiel für einen verstellbaren Spiegel ist das Cheval-Glas, das der Benutzer kippen kann. ⓘ
Sicherheit und bessere Sicht
- Konvexe Spiegel ⓘ
- Konvexe Spiegel bieten ein breiteres Sichtfeld als flache Spiegel und werden häufig an Fahrzeugen, insbesondere an großen Lkw, verwendet, um den toten Winkel zu minimieren. Sie werden manchmal an Straßenkreuzungen und an den Ecken von Parkplätzen angebracht, damit man um die Ecke sehen kann und nicht mit anderen Fahrzeugen oder Einkaufswagen zusammenstößt. Manchmal werden sie auch als Teil von Sicherheitssystemen verwendet, so dass eine einzige Videokamera mehr als einen Blickwinkel gleichzeitig zeigen kann. In der Innenarchitektur werden konvexe Spiegel als Dekoration verwendet, um einen überwiegend erlebnisorientierten Effekt zu erzielen. ⓘ
- Mundspiegel oder "Zahnarztspiegel"
- Zahnärzte verwenden Mundspiegel oder "Zahnarztspiegel", um eine indirekte Sicht und Beleuchtung im Mundraum zu ermöglichen. Ihre reflektierenden Oberflächen können entweder flach oder gewölbt sein. Mundspiegel werden auch häufig von Mechanikern verwendet, um die Sicht in engen Räumen und um Ecken in Geräten zu ermöglichen.
- Rückspiegel
- Rückspiegel werden häufig in und an Fahrzeugen (z. B. Autos oder Fahrrädern) verwendet, damit die Fahrer andere Fahrzeuge hinter sich sehen können. Bei Rückblick-Sonnenbrillen fungieren das linke Ende des linken Glases und das rechte Ende des rechten Glases als Spiegel. ⓘ
Einwegspiegel und Fenster
- Einseitig einstellbare Spiegel
- Einwegspiegel (auch Zweiwegspiegel genannt) funktionieren, indem sie schwaches durchgelassenes Licht mit hellem reflektiertem Licht überlagern. Ein echter Einwegspiegel, der Licht nur in eine Richtung durchlässt, ohne externe Energie zu benötigen, ist nicht möglich, da er gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt..:
- Einwegfenster
- Einwegfenster können im Labor mit polarisiertem Licht betrieben werden, ohne gegen den zweiten Hauptsatz zu verstoßen. Dies ist ein scheinbares Paradoxon, das einige große Physiker verblüfft hat, obwohl es keinen praktischen Einwegspiegel für den Einsatz in der realen Welt ermöglicht. Optische Isolatoren sind Einweggeräte, die häufig mit Lasern verwendet werden. ⓘ
Siehe Hauptartikel Einwegspiegel. ⓘ
Signalisierung
Mit der Sonne als Lichtquelle kann ein Spiegel dazu verwendet werden, durch Variationen in der Ausrichtung des Spiegels Signale zu senden. Das Signal kann über große Entfernungen verwendet werden, an einem klaren Tag bis zu 60 Kilometer. Amerikanische Ureinwohner und zahlreiche Militärs nutzten diese Technik, um Informationen zwischen weit entfernten Außenposten zu übermitteln. ⓘ
Spiegel können auch verwendet werden, um die Aufmerksamkeit von Such- und Rettungsteams auf sich zu ziehen. Es gibt spezielle Arten von Spiegeln, die häufig in militärischen Überlebensausrüstungen enthalten sind. ⓘ
Technik
Fernsehapparate und Projektoren
Mikroskopische Spiegel sind ein Kernelement vieler der größten hochauflösenden Fernsehgeräte und Videoprojektoren. Eine gängige Technologie dieser Art ist die DLP-Technologie von Texas Instruments. Ein DLP-Chip ist ein briefmarkengroßer Mikrochip, dessen Oberfläche eine Anordnung von Millionen mikroskopisch kleiner Spiegel ist. Das Bild entsteht, wenn sich die einzelnen Spiegel bewegen, um entweder Licht auf die Projektionsfläche zu reflektieren (Pixel an) oder auf eine lichtabsorbierende Fläche (Pixel aus). ⓘ
Andere Projektionstechnologien, bei denen Spiegel zum Einsatz kommen, sind LCoS. LCoS ist ein Mikrochip ähnlicher Größe wie ein DLP-Chip, aber anstelle von Millionen von Einzelspiegeln gibt es einen einzigen Spiegel, der aktiv von einer Flüssigkristallmatrix mit bis zu Millionen von Pixeln abgeschirmt wird. Das in Form von Licht erzeugte Bild wird entweder zur Projektionsfläche reflektiert (Pixel an) oder von den aktivierten LCD-Pixeln absorbiert (Pixel aus). Fernsehgeräte und Projektoren auf LCoS-Basis verwenden häufig drei Chips, einen für jede Primärfarbe. ⓘ
Große Spiegel werden in Rückprojektionsfernsehern verwendet. Das Licht (z. B. von einem DLP wie oben beschrieben) wird von einem oder mehreren Spiegeln "gefaltet", so dass der Fernseher kompakt ist. ⓘ
Solarenergie
Spiegel sind integrale Bestandteile eines Solarkraftwerks. Das im nebenstehenden Bild gezeigte Kraftwerk nutzt konzentrierte Sonnenenergie aus einer Reihe von Parabolrinnen. ⓘ
Instrumente
In Teleskopen und anderen Präzisionsinstrumenten werden Spiegel mit versilberter Vorderseite oder erster Oberfläche verwendet, bei denen sich die reflektierende Oberfläche auf der Vorderseite (oder ersten Oberfläche) des Glases befindet (dadurch wird die Reflexion an der Glasoberfläche vermieden, die bei herkömmlichen Rückspiegeln auftritt). Einige von ihnen verwenden Silber, die meisten jedoch Aluminium, das bei kurzen Wellenlängen stärker reflektiert als Silber. Alle diese Beschichtungen sind leicht zu beschädigen und erfordern eine besondere Handhabung. Im Neuzustand reflektieren sie 90 bis 95 % des einfallenden Lichts. Die Beschichtungen werden in der Regel durch Vakuumbeschichtung aufgebracht. Eine Schutzschicht wird in der Regel aufgetragen, bevor der Spiegel aus dem Vakuum entnommen wird, da die Beschichtung sonst zu korrodieren beginnt, sobald sie dem Sauerstoff und der Feuchtigkeit der Luft ausgesetzt ist. Vorderseitig versilberte Spiegel müssen gelegentlich neu beschichtet werden, um ihre Qualität zu erhalten. Es gibt optische Spiegel wie z. B. Mangin-Spiegel, die als Teil ihres optischen Designs eine zweite Oberfläche haben (reflektierende Beschichtung auf der Rückseite), in der Regel zur Korrektur optischer Aberrationen. ⓘ
Das Reflexionsvermögen der Spiegelbeschichtung kann mit einem Reflektometer gemessen werden und ist bei einem bestimmten Metall für verschiedene Wellenlängen des Lichts unterschiedlich. Dies wird bei einigen optischen Arbeiten ausgenutzt, um kalte und heiße Spiegel herzustellen. Zur Herstellung eines Kaltlichtspiegels wird ein transparentes Substrat verwendet und ein Beschichtungsmaterial gewählt, das sichtbares Licht stärker reflektiert und für infrarotes Licht durchlässiger ist. ⓘ
Bei einem Heißspiegel ist es umgekehrt: Die Beschichtung reflektiert vorzugsweise Infrarotlicht. Spiegeloberflächen werden manchmal mit dünnen Beschichtungen versehen, um die Zersetzung der Oberfläche zu verzögern und ihr Reflexionsvermögen in den Bereichen des Spektrums zu erhöhen, in denen sie verwendet werden. So werden beispielsweise Aluminiumspiegel häufig mit Siliziumdioxid oder Magnesiumfluorid beschichtet. Das Reflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Wellenlänge hängt sowohl von der Dicke der Beschichtung als auch von der Art ihrer Aufbringung ab. ⓘ
Für wissenschaftliche optische Arbeiten werden häufig dielektrische Spiegel verwendet. Dabei handelt es sich um Substrate aus Glas (oder manchmal auch aus anderen Materialien), auf die eine oder mehrere Schichten aus dielektrischem Material aufgebracht werden, um eine optische Beschichtung zu bilden. Durch sorgfältige Auswahl der Art und Dicke der dielektrischen Schichten können der Wellenlängenbereich und die Menge des vom Spiegel reflektierten Lichts festgelegt werden. Die besten Spiegel dieser Art können mehr als 99,999 % des Lichts (in einem engen Wellenlängenbereich) reflektieren, das auf den Spiegel fällt. Solche Spiegel werden häufig in Lasern verwendet. ⓘ
In der Astronomie ist die adaptive Optik eine Technik zur Messung variabler Bildverzerrungen und zur entsprechenden Anpassung eines verformbaren Spiegels auf einer Zeitskala von Millisekunden, um die Verzerrungen zu kompensieren. ⓘ
Obwohl die meisten Spiegel für die Reflexion von sichtbarem Licht ausgelegt sind, werden auch Oberflächen, die andere Formen elektromagnetischer Strahlung reflektieren, als "Spiegel" bezeichnet. Die Spiegel für andere Bereiche der elektromagnetischen Wellen werden in der Optik und Astronomie verwendet. Spiegel für Radiowellen (manchmal auch als Reflektoren bezeichnet) sind wichtige Bestandteile von Radioteleskopen. ⓘ
Einfache Periskope verwenden Spiegel. ⓘ
Spiegel von Angesicht zu Angesicht
Zwei oder mehr Spiegel, die genau parallel zueinander ausgerichtet sind und sich gegenüberstehen, können einen unendlichen Regress von Reflexionen erzeugen, den so genannten Unendlichkeitsspiegeleffekt. Einige Geräte nutzen dies, um Mehrfachreflexionen zu erzeugen:
- Fabry-Pérot-Interferometer
- Laser (der einen optischen Hohlraum enthält)
- 3D-Kaleidoskop zur Konzentration von Licht
- impulsverstärktes Sonnensegel ⓘ
Militärische Anwendungen
Die Überlieferung besagt, dass Archimedes während eines Angriffs auf Syrakus römische Schiffe mit einer großen Anzahl von Spiegeln in Brand setzte. Dies konnte nie bewiesen oder widerlegt werden. In der Fernsehsendung MythBusters versuchte ein Team des MIT, den berühmten "Archimedischen Todesstrahl" nachzubauen. Es gelang ihnen nicht, ein Feuer auf einem Schiff zu entfachen. Frühere Versuche, ein Schiff nur mit den zu Archimedes' Zeiten verfügbaren Bronzespiegeln in Brand zu setzen, waren erfolglos, und die zum Entzünden des Schiffes benötigte Zeit hätte den Einsatz unpraktisch gemacht, so dass das MythBusters-Team den Mythos für "widerlegt" hielt. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Spiegel es den Passagieren des angegriffenen Bootes sehr schwer machten, etwas zu sehen; ein solches Szenario könnte die Angreifer behindert haben und den Ursprung der Legende darstellen. (Siehe Solarstromturm für eine praktische Anwendung dieser Technik). ⓘ
Jahreszeitliche Beleuchtung
Aufgrund ihrer Lage in einem steilen Tal erhält die italienische Stadt Viganella jeden Winter sieben Wochen lang kein direktes Sonnenlicht. Im Jahr 2006 wurde ein 100 000 € teurer, computergesteuerter Spiegel (8×5 m) installiert, der das Sonnenlicht auf die Piazza der Stadt reflektiert. Anfang 2007 erwog das ähnlich gelegene Dorf Bondo in der Schweiz, diese Lösung ebenfalls anzuwenden. Im Jahr 2013 wurden in der norwegischen Stadt Rjukan Spiegel installiert, um das Sonnenlicht auf den Stadtplatz zu reflektieren. In Gewächshäusern oder Wintergärten können Spiegel für verbesserte Lichteffekte eingesetzt werden. ⓘ
Architektur
Spiegel sind ein beliebtes Designthema in der Architektur, insbesondere bei spätmodernen und postmodernen Hochhäusern in Großstädten. Frühe Beispiele sind das Campbell Center in Dallas, das 1972 eröffnet wurde, und der 1976 fertiggestellte John Hancock Tower in Boston. ⓘ
In jüngerer Zeit haben zwei vom Architekten Rafael Viñoly entworfene Wolkenkratzer, das Vdara in Las Vegas und 20 Fenchurch Street in London, aufgrund ihrer konkaven, gebogenen Glasfassaden, die als zylindrische bzw. sphärische Reflektoren für das Sonnenlicht wirken, ungewöhnliche Probleme. Im Jahr 2010 berichtete das Las Vegas Review Journal, dass das vom Südturm des Vdara reflektierte Sonnenlicht Schwimmer im Hotelpool versengen sowie Plastikbecher und Einkaufstaschen schmelzen konnte; Mitarbeiter des Hotels bezeichneten das Phänomen als "Vdara-Todesstrahl", auch bekannt als "Fryscraper". Im Jahr 2013 schmolz das von der Fenchurch Street 20 reflektierte Sonnenlicht Teile eines in der Nähe geparkten Jaguars und versengte oder entzündete den Teppich eines nahe gelegenen Friseursalons. Das Gebäude hatte den Spitznamen "Walkie-Talkie" erhalten, weil seine Form angeblich einem bestimmten Modell eines Funkgeräts ähnelte; nachdem jedoch seine Neigung, umliegende Objekte zu überhitzen, bekannt wurde, änderte sich der Spitzname in "Walkie-Scorchie". ⓘ
Bildende Kunst
Gemälde
Maler, die eine Person darstellen, die in einen Spiegel blickt, zeigen oft auch das Spiegelbild dieser Person. Dabei handelt es sich um eine Art Abstraktion - in den meisten Fällen ist der Blickwinkel so gewählt, dass das Spiegelbild der Person nicht zu sehen sein sollte. In ähnlicher Weise wird in Filmen und auf Fotos oft ein Schauspieler oder eine Schauspielerin gezeigt, der/die sich scheinbar selbst in einem Spiegel betrachtet, wobei sein/ihr Spiegelbild jedoch der Kamera zugewandt ist. In Wirklichkeit sieht der Schauspieler oder die Schauspielerin in diesem Fall nur die Kamera und ihren Bediener, nicht aber sein eigenes Spiegelbild. In der Wahrnehmungspsychologie wird dies als Venus-Effekt bezeichnet. ⓘ
Der Spiegel ist das zentrale Element in einigen der größten europäischen Gemälde:
- Édouard Manets Eine Bar in den Folies-Bergère (1882)
- Tizians Venus mit Spiegel
- Jan van Eycks Arnolfini-Porträt
- Pablo Picassos Mädchen vor einem Spiegel (1932)
- Diego Velázquez' Rokeby-Venus
- Diego Velázquez' Las Meninas (in dem der Betrachter sowohl der Beobachter - eines laufenden Selbstporträts - als auch der Beobachtete ist) und die zahlreichen Adaptionen dieses Gemäldes in verschiedenen Medien
- Veroneses Venus mit Spiegel ⓘ
Künstler haben Spiegel benutzt, um Werke zu schaffen und ihr Handwerk zu verfeinern:
- Filippo Brunelleschi entdeckte die lineare Perspektive mit Hilfe des Spiegels.
- Leonardo da Vinci nannte den Spiegel den "Meister der Maler". Er empfahl: "Wenn du sehen willst, ob dein ganzes Bild mit dem übereinstimmt, was du von der Natur dargestellt hast, nimm einen Spiegel und reflektiere den tatsächlichen Gegenstand darin. Vergleiche das Spiegelbild mit deinem Gemälde und prüfe sorgfältig, ob beide Darstellungen des Gegenstandes übereinstimmen, besonders in Bezug auf den Spiegel."
- Viele Selbstporträts werden durch die Verwendung von Spiegeln ermöglicht, wie die großen Selbstporträts von Dürer, Frida Kahlo, Rembrandt und Van Gogh. M. C. Escher benutzte spezielle Formen von Spiegeln, um in Hand with Reflecting Sphere (1935; auch bekannt als Self-Portrait in Spherical Mirror) einen viel vollständigeren Blick auf seine Umgebung zu erhalten als durch direkte Beobachtung. ⓘ
Manchmal sind Spiegel notwendig, um ein Kunstwerk vollständig zu erfassen:
- Die anamorphotischen Werke von István Orosz sind Bilder, die so verzerrt sind, dass sie nur dann deutlich sichtbar werden, wenn sie in einem entsprechend geformten und positionierten Spiegel reflektiert werden. ⓘ
Bildhauerei
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- Anamorphose projiziert Skulptur in Spiegel
Der zeitgenössische anamorphotische Künstler Jonty Hurwitz verwendet zylindrische Spiegel, um verzerrte Skulpturen zu projizieren.
- Zu den Skulpturen, die ganz oder teilweise aus Spiegeln bestehen, gehören:
- Infinity Also Hurts, eine Skulptur aus Spiegel, Glas und Silikon des Künstlers Seth Wulsin
- Sky Mirror, eine öffentliche Skulptur des Künstlers Anish Kapoor ⓘ
Andere künstlerische Medien
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Einige andere zeitgenössische Künstler verwenden Spiegel als Material für ihre Kunst:
- Ein chinesischer Zauberspiegel ist ein Gerät, bei dem die Vorderseite des Bronzespiegels dasselbe Bild projiziert, das auf seiner Rückseite gegossen wurde. Dies ist auf die winzigen Krümmungen auf der Vorderseite zurückzuführen.
- Bei der Spiegelholografie wird eine große Anzahl von gekrümmten Spiegeln verwendet, die in eine Oberfläche eingebettet sind, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen.
- Gemälde auf Spiegeloberflächen (z. B. siebbedruckte Glasspiegel)
- Besondere Spiegelinstallationen:
- Follow-Me-Spiegellabyrinth des Künstlers Jeppe Hein (siehe auch Unterhaltung: Spiegellabyrinthe, unten)
- Spiegel-Neon-Würfel des Künstlers Jeppe Hein ⓘ
Religiöse Funktion des realen und abgebildeten Spiegels
Im Mittelalter gab es Spiegel in verschiedenen Formen und für unterschiedliche Zwecke. Meistens dienten sie als Accessoire für die Körperpflege, aber auch als Zeichen der höfischen Liebe, die in den Elfenbeinschnitzereien in Paris, Köln und den südlichen Niederlanden aus Elfenbein gefertigt wurden. Sie fanden auch in religiösen Zusammenhängen Verwendung, da sie in einer besonderen Form von Pilgerabzeichen oder Zinn-/Bleispiegeldosen integriert wurden. Ab dem späten 14. Jahrhundert zeigen die burgundischen Herzogsinventare, dass die Herzöge eine Vielzahl von Spiegeln oder Gegenständen mit Spiegeln besaßen, die nicht nur mit religiöser Ikonographie oder Inschriften versehen waren, sondern auch mit Reliquienschreinen, religiösen Gemälden oder anderen Gegenständen kombiniert waren, die eindeutig der persönlichen Frömmigkeit dienten. Betrachtet man Spiegel auf Gemälden und in der Buchmalerei als abgebildete Artefakte und versucht man, aus dem dargestellten Umfeld Rückschlüsse auf ihre Funktionen zu ziehen, so ist eine dieser Funktionen die eines Hilfsmittels für das persönliche Gebet zur Erlangung der Selbst- und Gotteserkenntnis, wie es in den zeitgenössischen theologischen Quellen heißt. So zeigt die berühmte Arnolfini-Wedding von Jan van Eyck eine Konstellation von Gegenständen, die sich als solche erkennen lassen, die ein Betender für seine persönliche Frömmigkeit nutzen kann: der Spiegel, umgeben von Passionsszenen, um darüber und über sich selbst nachzudenken, ein Rosenkranz als Hilfsmittel dabei, die verhüllte und gepolsterte Bank, die als Priesterstuhl genutzt werden kann, und die verlassenen Schuhe, die in die Richtung weisen, in der der Betende kniet. Die metaphorische Bedeutung der abgebildeten Spiegel ist komplex und vielschichtig, z. B. als Attribut Marias, des "speculum sine macula" (Spiegel ohne Makel), oder als Attribute gelehrter und theologischer Weisheit und Erkenntnis, wie sie in Buchmalereien verschiedener Evangelisten und Autoren theologischer Traktate erscheinen. Abgebildete Spiegel - die sich an den physikalischen Eigenschaften eines realen Spiegels orientieren - können als Metaphern der Erkenntnis und der Reflexion gesehen werden und so den Betrachter daran erinnern, sich zu besinnen und sich selbst kennen zu lernen. Der Spiegel kann gleichzeitig als Symbol und als Mittel eines moralischen Appells fungieren. Das ist auch dann der Fall, wenn er in Kombination mit Tugenden und Lastern gezeigt wird, eine Kombination, die auch im 15. Jahrhundert häufiger vorkommt: Die moralisierenden Schichten der Spiegelmetaphern erinnern den Betrachter daran, sich selbst gründlich auf sein eigenes tugendhaftes oder lasterhaftes Leben hin zu überprüfen. Dies gilt umso mehr, wenn der Spiegel mit der Ikonographie des Todes kombiniert wird. Nicht nur, dass der Tod als Leiche oder Skelett dem noch lebenden Personal von Gemälden, Buchmalereien und Druckgrafiken den Spiegel vorhält, auch der Totenkopf erscheint auf den gewölbten Oberflächen der abgebildeten Spiegel und zeigt dem gemalten und realen Betrachter sein zukünftiges Gesicht. ⓘ
Ausschmückung
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Spiegel werden häufig in der Inneneinrichtung und als Ornamente verwendet:
- Spiegel, in der Regel groß und ungerahmt, werden häufig in der Inneneinrichtung verwendet, um die Illusion von Raum zu erzeugen und die scheinbare Größe eines Raumes zu vergrößern. Es gibt sie auch gerahmt in einer Vielzahl von Formen, wie z. B. das Pfeilerglas und den Übermantelspiegel.
- Spiegel werden auch in einigen Schulen des Feng Shui verwendet, einer alten chinesischen Praxis der Platzierung und Anordnung von Räumen, um Harmonie mit der Umgebung zu erreichen.
- Die Weichheit alter Spiegel wird manchmal von zeitgenössischen Kunsthandwerkern für die Inneneinrichtung nachgeahmt. Diese nachgebildeten antiken Spiegel sind Kunstwerke und können Farbe und Textur in eine ansonsten harte, kalte reflektierende Oberfläche bringen.
- Eine dekorative, reflektierende Kugel aus dünnem, metallbeschichtetem Glas, die als verkleinernder Weitwinkelspiegel funktioniert, wird als Weihnachtsschmuck verkauft, der als Kugel bezeichnet wird.
- In manchen Kneipen und Bars hängen Spiegel mit dem Logo einer Spirituosenmarke, eines Biers oder einer Trinkhalle. ⓘ
Unterhaltung
- Beleuchtete, rotierende Discokugeln, die mit kleinen Spiegeln bedeckt sind, werden verwendet, um bewegliche Lichtpunkte auf einer Tanzfläche zu erzeugen.
- Das Spiegelkabinett, das häufig in Vergnügungsparks zu finden ist, ist eine Attraktion, bei der eine Reihe von Zerrspiegeln ungewöhnliche Reflexionen des Besuchers erzeugen.
- Spiegel werden in Kaleidoskopen verwendet, einem persönlichen Unterhaltungsgerät, das um 1815 von Sir David Brewster in Schottland erfunden wurde.
- In der Zauberei werden Spiegel häufig zur Erzeugung von Illusionen eingesetzt. Ein Effekt wird Peppers Geist genannt.
- Spiegellabyrinthe, die häufig in Vergnügungsparks zu finden sind, enthalten eine große Anzahl von Spiegeln und Glasscheiben. Die Aufgabe besteht darin, sich durch die verwirrende Anordnung zu bewegen, ohne gegen die Wände zu stoßen. Die Spiegel in solchen Attraktionen sind oft aus Plexiglas, damit sie nicht zerbrechen. ⓘ
Film und Fernsehen
- Candyman ist ein Horrorfilm über einen bösartigen Geist, der beschworen wird, indem man seinen Namen vor einem Spiegel ausspricht.
- Mirrors ist ein Horrorfilm über spukende Spiegel, die andere Szenen reflektieren als die, die sich vor ihnen befinden.
- In Poltergeist III geht es um Spiegel, die nicht die Realität widerspiegeln und als Portale zu einem Leben nach dem Tod verwendet werden können.
- Oculus ist ein Horrorfilm über einen Spukspiegel, der Menschen zu Halluzinationen und Gewalttaten verleitet.
- In der Miniserie Das 10. Königreich müssen die Figuren einen magischen Spiegel benutzen, um zwischen New York City (dem 10. Königreich) und den Neun Königreichen des Märchens zu reisen. ⓘ
Literatur
Spiegel kommen in der Literatur vor:
- In den christlichen Bibeltexten 1. Korinther 13,12 ("Through a Glass Darkly") und 2. Korinther 3,18 wird auf ein verschwommenes Spiegelbild oder eine schlechte Spiegelung hingewiesen.
- Narziss in der griechischen Mythologie vergeht, während er selbstbewusst auf sein Spiegelbild im Wasser starrt.
- Der Titel der Song-Dynastie-Geschichte Zizhi Tongjian Comprehensive Mirror in Aid of Governance von Sima Guang kommt daher, dass der Begriff "Spiegel" (鑑, jiàn) im Chinesischen metaphorisch verwendet wird, um durch die Reflexion vergangener Erfahrungen oder der Geschichte Erkenntnisse zu gewinnen.
- Im europäischen Märchen Schneewittchen (1812 von den Gebrüdern Grimm gesammelt) fragt die böse Königin: "Spieglein, Spieglein an der Wand ... wer ist die Schönste im ganzen Land?"
- In der Aarne-Thompson-Uther-Index-Erzählung ATU 329, "Hiding from the Devil (Princess)", muss der Protagonist einen Weg finden, sich vor einer Prinzessin zu verstecken, die in vielen Varianten einen magischen Spiegel besitzt, der die ganze Welt sehen kann.
- In Tennysons berühmtem Gedicht The Lady of Shalott (1833, überarbeitet 1842) besitzt die titelgebende Figur einen Spiegel, der es ihr ermöglicht, das Volk von Camelot zu sehen, da sie mit einem Fluch belegt ist, der sie daran hindert, Camelot direkt zu sehen.
- In Hans Christian Andersens Märchen Die Schneekönigin kommt der Teufel in Form eines bösen Trolls vor, der einen Zauberspiegel herstellt, der das Aussehen von allem, was er reflektiert, verzerrt.
- Lewis Carrolls Through the Looking-Glass and What Alice Found There (1871) ist eines der bekanntesten Beispiele für die Verwendung von Spiegeln in der Literatur geworden. Der Text selbst verwendet eine Erzählung, die die seines Vorgängers, Alice's Adventures in Wonderland, widerspiegelt.
- In Oscar Wildes Roman Das Bildnis des Dorian Gray (1890) dient ein Porträt als magischer Spiegel, der das wahre Antlitz des ewig jugendlichen Protagonisten sowie die Auswirkungen jeder sündigen Handlung auf seine Seele reflektiert.
- W. H. Audens Villanelle "Miranda" wiederholt den Refrain: "Meine Liebe ist mein, wie Spiegel einsam sind".
- Die Kurzgeschichte Tlön, Uqbar, Orbis Tertius (1940) von Jorge Luis Borges beginnt mit dem Satz "Die Entdeckung von Uqbar verdanke ich der Verbindung eines Spiegels mit einer Enzyklopädie" und enthält weitere Bezüge zu Spiegeln.
- Die Falle, eine Kurzgeschichte von H.P. Lovecraft und Henry S. Whitehead, dreht sich um einen Spiegel. "Es war an einem bestimmten Donnerstagmorgen im Dezember, als die ganze Sache mit jener unerklärlichen Bewegung begann, die ich in meinem antiken Kopenhagener Spiegel zu sehen glaubte. Irgendetwas, so schien es mir, bewegte sich - irgendetwas, das sich im Glas spiegelte, obwohl ich allein in meinem Zimmer war."
- Zu den magischen Gegenständen in der Harry-Potter-Reihe (1997-2011) gehören der Spiegel von Erised und Zweiwegspiegel.
- Unter Appendix: Variant Planes & Cosmologies of the Dungeons & Dragons Manual of the Planes (2000) befindet sich The Plane of Mirrors (Seite 204). Darin wird die Spiegelebene als ein Raum beschrieben, der hinter reflektierenden Oberflächen existiert und von den Besuchern als ein langer Korridor erlebt wird. Die größte Gefahr für den Besucher beim Betreten der Ebene ist die sofortige Erschaffung eines Spiegel-Selbst mit der entgegengesetzten Ausrichtung des ursprünglichen Besuchers.
- The Mirror Thief, ein Roman von Martin Seay (2016), enthält eine fiktive Darstellung der Industriespionage rund um die Spiegelherstellung im Venedig des 16.
- In der Kurzgeschichte The Reaper's Image von Stephen King geht es um einen seltenen elisabethanischen Spiegel, der beim Betrachten das Bild des Sensenmannes zeigt, was den Tod des Betrachters symbolisiert.
- Kilgore Trout, ein Protagonist in Kurt Vonneguts Roman Breakfast of Champions, glaubt, dass Spiegel Fenster zu anderen Universen sind, und bezeichnet sie als "Lecks", ein wiederkehrendes Motiv in dem Buch. ⓘ
Der Spiegeltest
Es gibt nur wenige Tierarten, die nachweislich in der Lage sind, sich selbst in einem Spiegel zu erkennen, die meisten von ihnen sind Säugetiere. Experimente haben ergeben, dass die folgenden Tiere den Spiegeltest bestehen können:
- Alle großen Menschenaffen:
- Der Mensch. Menschen neigen dazu, den Spiegeltest nicht zu bestehen, bis sie etwa 18 Monate alt sind, was Psychoanalytiker das "Spiegelstadium" nennen.
- Bonobos
- Schimpansen
- Orang-Utans
- Gorillas. Ursprünglich glaubte man, dass Gorillas den Test nicht bestehen, aber inzwischen gibt es mehrere gut dokumentierte Berichte über Gorillas (wie Koko), die den Test bestehen.
- Große Tümmler
- Orcas
- Elefanten
- Europäische Elstern ⓘ
Formen und Verwendung
Konvexe Spiegel
Konvexspiegel stehen als Verkehrsspiegel im Straßenverkehr an unübersichtlichen Kreuzungen und Ausfahrten. Ihre zweiachsig-konvexe Form ermöglicht es, die Straße trotz der geringen Spiegelfläche gut zu überblicken. Ihre Wirkungsweise entspricht der einer konkaven Linse, bildet also das Licht von einem weiten Bild auf ein deutlich kleineres Sichtfeld ab. ⓘ
Rück- und Seitenspiegel an modernen Fahrzeugen sind oft ab einem bestimmten Punkt einachsig-konvex gekrümmt, um den Blickwinkel zu vergrößern und so den toten Winkel zu verkleinern. ⓘ
Sonstige Formen und Anwendungen
Die Zauberkunst verwendet bei optischen Tricks auf der Bühne Spiegel, um Gegenstände scheinbar verschwinden zu lassen (Bild unten). Unterhaltsame Beispiele dazu: siehe Unsichtbarkeit. ⓘ
Zerrspiegel sind verformte Spiegel. Durch gewellte Spiegelflächen entstehen vielfache Verzeichnungen. Die teilweise bizarren Effekte wurden früher in Wunderkammern und auf Jahrmärkten zur Belustigung der Betrachter eingesetzt, heute noch findet man solche Spiegel in Lachkabinetten. Konvexspiegel (Wölbspiegel) und Hohlspiegel wirken verkleinernd bzw. vergrößernd. Teilweise werden in Kleidergeschäften Zerrspiegel verwendet, welche das Abbild schlanker erscheinen lassen: „Der Spiegel lügt.“ ⓘ
Die medizinische Diagnostik verwendet Spiegel beispielsweise in Endoskopen (daher der Begriff Magenspiegelung) und zur Inspektion unzugänglicher Hohlräume. ⓘ
Spiegel in Lasern und zu deren Strahlführung und -fokussierung haben besonders hohe Leistungsdichten zu ertragen. Daher müssen sie entweder besonders verlustarm reflektieren oder sie müssen die entstehende Wärme ableiten bzw. gekühlt werden. Man verwendet Interferenz- und Metallspiegel. Erforderlich sind voll reflektierende Spiegel (Endspiegel, Fokussierspiegel) und teiltransparente Spiegel (10 bis 99,9 % Reflexionsgrad, etwa für Auskoppelspiegel und Strahlteiler). ⓘ
Rasierspiegel eines kubanischen Bauern
Unsichtbarkeits-„Gerät“
Wirkung eines Zerrspiegels
Spiegelung an Wasseroberflächen
Schminkspiegel
Verzierter Handspiegel ⓘ
Beschichtungen der Oberfläche
Teildurchlässige Spiegel
Dichroitische Spiegel
Interferenzspiegel sind abseits ihrer Bemessungswellenlänge immer teiltransparent. Sie tragen auf einem Glassubstrat mehrere transparente Schichten mit abwechselnd jeweils unterschiedlichem Brechungsindex. Die Dicke der Schichten beträgt die halbe Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung. ⓘ
Interferenzspiegel reflektieren nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich sowie in einem begrenzten Einfallswinkel, erreichen hierbei jedoch wesentlich höhere Reflexionsgrade (> 99,9 %), als dies mit Metallspiegeln (bis etwa 96 %) möglich ist. ⓘ
Interferenzspiegel können auch als verlustarme teiltransparente Spiegel (Strahlteiler) sowie zur Aufteilung in verschiedene Wellenlängen bzw. als Farbfilter (Interferenzfilter) verwendet werden. ⓘ
Spiegel in der Gesellschaft
Wissenschaft
In der Verhaltensforschung gilt das Erkennen des eigenen Spiegelbildes, das mittels Spiegeltest experimentell untersucht werden kann, als ein Zeichen von Intelligenz und Abstraktionsvermögen. Kleinkinder müssen für diese Fähigkeit erst elementare Entwicklungsstufen durchlaufen, während die meisten Tiere gar nicht in der Lage sind, die Bildinformation eines Spiegels auf sich selbst zu beziehen. Bei Vögeln und anderen Tieren ist daher das Phänomen der Spiegelfechter bekannt, die ihr eigenes Spiegelbild bekämpfen. ⓘ
Geschichte der Spiegelherstellung
Mittelalter
Im 14. Jahrhundert entstanden erstmals Spiegel, indem man Glaskugeln blies und, noch während sie glühten, in sie hinein Metalllegierungen einbrachte. Nach dem Erkalten zerteilte man diese Kugeln in Abschnitte und erhielt so konvexe Spiegelflächen. Träger-Materialien, in das diese Spiegelflächen eingelassen waren, sind im höfischen Bereich ab dem 14. Jh. vor allem elfenbeinerne Spiegel oder Spiegeldosen, deren Herstellungszentren in Paris, Köln und den südlichen Niederlanden zu verorten sind. Weiterhin gab es kleine, günstiger zu produzierende Gusszinnkapseln, von denen allerdings kaum welche erhalten geblieben sind. Auch in Pilgerzeichen wurden kleine Spiegel eingelassen, diese wurden dann auch „Spiegelzeichen“ (auch Wallfahrtsspiegel) genannt. Weitere Spiegelfassungen bestanden aus Holz und sind heute quasi nicht mehr erhalten – allerdings geben Inventare und malerische Darstellungen Zeugnis von deren Existenz; das vielleicht berühmteste Beispiel ist der Spiegel in der sogenannten Arnolfini-Hochzeit von Jan van Eyck, der aus Holz besteht, in das mehrere emaillierte Medaillons eingelassen scheinen. ⓘ
Moderne: Beschichtung mit Silber und Aluminium
Im 19. Jahrhundert schließlich entstand der Silberspiegel. 1835 publizierte Justus von Liebig die Zeilen: „[…] wenn man Aldehyd mit einer Silbernitratlösung mischt und erhitzt, scheidet sich Silber auf der Wand des Glases ab und es entsteht ein brillanter Spiegel.“ Aber erst als Amalgamspiegel 1886 wegen ihrer Giftigkeit verboten wurden, ging man allgemein zur Silberspiegelfabrikation über. Zur genaueren Beschreibung der chemischen Zusammenhänge siehe auch: Silberspiegelprobe. ⓘ
Heute presst man unter Vakuum Aluminiumfolie auf glatte Glasscheiben oder bedampft bzw. besputtert sie mit Aluminium. ⓘ
Es gibt einfache Glasspiegel und wertvollere Kristallspiegel. Diese müssen mindestens zehn Prozent Oxide enthalten; entweder Bleioxid (PbO) oder Bariumoxid (BaO), Kaliumoxid (K2O) oder Zinkoxid (ZnO) (Siehe auch Kristallglas). ⓘ
Verwandte Themen
- Physikalische Betrachtungen finden sich unter Reflexion (Physik), Totalreflexion, Transparenz (Physik) und Linse (Optik).
- Optische Kinderspielzeuge sind das Kaleidoskop und sogenannte Spiegelspiele.
- Die rechtwinklige Anordnung mehrerer Spiegel reflektiert Lichtstrahlen zurück zur Quelle, siehe Retroreflexion.
- Als toten Winkel bezeichnet man einen Bereich, der beispielsweise durch Rückspiegel nicht eingesehen wird.
- Das Spiegelstadium ist die Entwicklungsphase, in der sich ein Kind erstmals selbst wahrnimmt.
- Ein Heliograph nutzt einen Spiegel zur Reflexion von Sonnenlicht zu einem entfernten Beobachter.
- Das Schüfftan-Verfahren projiziert eine Kulisse auf eine Bühne.
- Der im Barock entstandene Spiegelsaal sollte durch optische Effekte den Eindruck von Pracht, Größe und Opulenz vermehren.
- anamorphotisch verzerrte Bilder werden oft durch zylindrische Spiegel entzerrt.
- Das Spiegelparadoxon beschreibt die Frage, warum ein Spiegel scheinbar rechts und links, nicht aber oben und unten vertauscht. ⓘ