为什么镜子里面的水会倒流

陈师傅 2026年01月19日 阅读 (6)

这是今天你球读者群里一个球友提出的问题。没找到能解释得既清楚又简明的回答,我们就自己写了个^_^。

撰文 撖静宜

要回答这个问题,首先要搞清楚我们看到的是什么。

回顾一下平面镜成像原理

(对自己的初中物理知识有信心的读者请跳过)

生活中使用的镜子是一种典型的平面镜,我们可以看到镜子中的“自己”依赖于平面镜对光线的反射。由物体任意发射的两条光线由平面镜反射射入眼睛,人眼则顺着这两条光线的反向延长线看到了两条线的交点,即我们在平面镜中看到的“像”。像与物体的连线跟镜面垂直,它们到镜面的距离相等,如下图:

为什么镜子里面的水会倒流(1)

箭头所指的一端为A点,另一端为B点,所成的像A’点还是在箭头所指的方向,B’点在另一端。等等,A’点和A点、B’点和B点明明位于同一侧啊,为什么左右就颠倒了呢?

再想想当你伸出左手时,为什么会觉得镜中的人伸出的是右手:当你判断他/她伸出的是哪只手时,你得首先把自己代入他/她的视角……等等,问题可能出在这里——

“左右”的定义

你会发现,当你转换视角时,“上下”的方向是不变的,但“左右”的方向变了。这说明,尽管我们常说“上下左右”,但“上下”和“左右”的地位并不相同。“上下”有较为稳定的参照物——天空和大地,但“左右”就需要跟其他方向一起确定。想确定左右,你必须先知道自己的朝向,也就是“前后”:比如在课堂上老师说“坐在左边的这位同学”,在你的视角其实是坐在右边。所谓“左右”,正是由“上下”和“前后”共同决定的(学物理的人会跟你说“叉乘”,不过我们在这里不说那么多)。等等,平面镜成像,“前后”……

真正颠倒的是什么?

回想起初中物理作业里作的图,你会发现,其实平面镜真正颠倒的方向是“前后”。把你和镜子都放到固定坐标系(即东西南北上下)中考虑,假设你原本朝南,镜中的你是不是朝北?只是“前后”的相对概念与我们自身结合得太紧密(“前”就是眼睛朝向的地方嘛),以至于我们忽略了这个“显而易见”的事实。

因此,摆在你面前的平面镜没有改变“上下”(因为它与“上下”的方向平行,顺便说一句,如果你把镜子放在天花板上,它就能颠倒上下了),但颠倒了“前后”(因为它与你的“前后”方向垂直),因此也颠倒了由“上下”和“前后”共同决定的“左右”。

还有些好玩的

并不是所有东西在与它垂直的镜子里都会反向。

如果我们以如下的方式定义旋转:

为什么镜子里面的水会倒流(2)

考虑一辆左右颜色不对称的汽车(如图),车轮的旋转方向在与其垂直的镜子中就没有颠倒,而是完全相同:

为什么镜子里面的水会倒流(3)

物理学管带方向的量叫矢量,在与它垂直的镜子中方向颠倒的矢量(如位移、速度等我们常见的矢量)叫真矢量,而像上面提到的这种,在与它垂直的镜子中方向不变的矢量叫赝矢量(pseudo-vector,你可以理解成假矢量或伪矢量)。磁感应强度B就是一个典型的赝矢量。

觉得好玩吗?可以去学习一下电动力学。很多关于对称性的规律,都是物理学家正在极力探索的最根本的大自然的定律。

郑重声明:以上内容来自网络,请酌情参考,并以实际为准。如遇到问题发送具体情况老陈联系!

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