彭罗斯房间是什么？四周均是镜面，为何却存在死角不能照亮？

摘要：有这么一个房间，它的四周均是镜面材质，此时将一个点光源放入，不管怎么移动光源的位置，这个房间都会存在无法被照亮的死角，处于黑暗状态。理论上来说无论是正方形还是U形结构，只要四周可以发生反射，光在经过足够多的折射后，便可以轻松绕过角落驱赶全部黑暗。

有这么一个房间，它的四周均是镜面材质，此时将一个点光源放入，不管怎么移动光源的位置，这个房间都会存在无法被照亮的死角，处于黑暗状态。理论上来说无论是正方形还是U形结构，只要四周可以发生反射，光在经过足够多的折射后，便可以轻松绕过角落驱赶全部黑暗。

那么这个永远无法被完全照亮的房间，到底有什么巧妙之处？仔细观察房间的构造不难发现，它上下两个部分都是半个椭圆，而这就是房间总是会存在死角，不会被照亮的关键。其实这与椭圆的焦点的光学性质离不开关系。

我们用两个点固定一条绳子，再拉紧这条绳子画圈，画出来的图形就是椭圆，而这两个点就是椭圆的焦点。它有一个十分神奇的性质，那就是从椭圆的其中一个焦点发出的光，在碰到椭圆的边缘进行反射后，会全部聚集于另一个焦点。

了解了这个原理我们再来看这个彭罗斯房间，画面中红色圆点就是它的焦点。如果光源在焦点之内，那么穿过两个焦点的光线，永远会在焦点内进行反射。所以我们将点光源放到模型的下方区域，它的光线以及反射线都必须在焦点之间通过，无论如何也不会跑到上方焦点外蘑菇形状遮挡物的背面。

同理光源在上方时，下方的两个小方块区域也是黑暗的，反之在焦点以外反射的光线，它们的传播范围也不会跑到焦点内去。把点光源放到焦点外侧区域里，我们可以看到中间部分就被光线抛弃了。就这样一个四周均是镜面，却永远无法被点光源完全照亮的房间诞生了。

值得一提的是在科学家们研究椭圆的焦点性质时，还发明出了一款椭圆台球桌。这个台球桌的球洞位于椭圆形桌面的一个焦点处，只要将台球放到另一个焦点，无论发球者从哪个角度击球，台球在与椭圆桌面边缘碰撞后，总是能准确进入球洞。有了这个原理，岂不是人人都能轻松夺得桂冠。

还有曾经作为取景地在哈利波特电影中出现的圣保罗大教堂，在这里两个人对着相隔甚远的墙壁悄声说话，虽然看不见对方却能毫无障碍的交流，难道真是魔法照进现实？其实原理很简单，与椭圆的焦点性质一样。圣保罗大教堂耳语廊采用了椭圆形的穹顶，当两个人分别处于椭圆的焦点位置时，来自于一个点的声波经过椭圆形天花板的反射后，就会全部汇聚到另一个点。所以这哪里是什么神迹，不过是椭圆的奥秘罢了。