照镜子时为什么没有上下颠倒？ | 科技袁人

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导读

为什么我们在照镜子时只有左右颠倒，而没有上下颠倒？

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本视频发布于2021年8月7日，点赞量已超1.1万

精彩呈现：

      我在讲解杨振宁、李政道得诺贝尔奖的成果“宇称不守恒”时会开宗明义地告诉大家，宇称不守恒就意味着可以定义绝对的左右。然而每当提到左右，都会有人提出一个问题：为什么我们在照镜子时只有左右颠倒，而没有上下颠倒？

这个问题非常有意思。如果我们把镜子所在的平面称为xz平面，其中z是上下方向，那么x是左右方向，y是垂直于镜面的方向即前后方向。镜面反映的效果，是把坐标为(x, y, z)的一点变成(x, -y, z)。由此可见，x和z的地位是完全相同的，那为什么x颠倒而z不颠倒呢？（邮票上的吴健雄与镜子中的物理学 | 返朴）

答案是：其实x和z都没有颠倒，只有y颠倒了。从(x, y, z)到(x, -y, z)的这个变换，已经明确地告诉了我们这一点。这个变换其实对应的是右手坐标系和左手坐标系的关系，即x和y两个矢量的叉乘究竟是z还是-z。如果我们平时用的是右手坐标系，那么在镜中世界就会变成左手坐标系。为了适应这个变化，我们的大脑就会把镜中世界理解为左右发生了颠倒。

为什么不理解为上下颠倒呢？因为人的外观具有左右对称，却不具有上下对称！也就是说，左手和右手做镜像反映后能够重合，头和脚却无论如何都不能重合。所以对大脑来说最省力的办法，就是把左手的镜像理解成右手，但不能把头的镜像理解成脚。假如有人只有一只手，那么你一眼就能看出他的镜像中这只手跟镜像外在同一个方向，这个方向可以定义绝对的x方向，正如镜像内外头的方向是同一个方向，可以定义绝对的z方向，这说明x和z确实是对等的。

矢量叉积的右手定则

现在大家明白了吧？当我们谈论绝对的左右时，指的其实是左右手的坐标系，这才是一个有明确定义的问题。

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背景简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

责任编辑：祝阳