想象你在鏡子前,請問,為什么鏡子中的影像可以顛倒左右,卻不能顛倒上下?


根源在於人的身體是左右對稱的,而不是上下對稱和前后對稱。 

題中"影像"這個詞有歧義,一種理解是“自己的影像”,另一種理解是“世界的影像”。 

先說第一種理解。其實按照鏡面成像的原理,鏡子中的影像(鏡中人)與被映照的原像(境外人)並非左右顛倒,也並非上下顛倒,而是關於鏡面對稱。由於人的身體在大體上是左右對稱的,而上下完全不對稱,所以我們會誤以為“影像可以顛倒左右,卻不能顛倒上下”。 

第一種理解得到的結論與問題中的結論相悖,所以第二種理解更有可能符合出題人本意。 

再說第二種理解。從鏡中人的角度看來,我們左邊的物體的影像在鏡中人的右邊,我們右邊的物體的影像在鏡中人的左邊,我們上邊的物體的影像在鏡中人的上邊,我們下邊的物體的影像在鏡中人的下邊。因此題目中說“世界在鏡子中的影像可以顛倒左右,卻不能顛倒上下”。 

這里涉及到個體對上下左右前后方位的認識。除去視覺以外的其他感覺(包括聽覺、觸覺、平衡覺等)及認知,只依靠視覺,個體是怎樣分辨相對於自身的方位的呢?由於人的身體在上下是完全不對稱的,視覺可以利用這個不對稱性分辨出上下。同樣人的身體在前后也是不對稱的(眼睛在身體的一側),因此我們可以分辨前后。但人的身體在左右是大體對稱的,因此我們分辨左右不是靠身體的差異,而是靠已經分辨出來的上下前后的方位,就像通過 x 軸的正方向和 y 軸的正方向得出 z 軸的正方向一樣。 

如果兩個物體(或影像)在三維空間中通過恰當的旋轉和位移能夠重合,我們稱這兩個物體(或影像)是旋轉相同的。我們可以證明不管鏡子怎么擺放,各種擺放對應的鏡中世界必然是旋轉相同的。但鏡中世界和真實世界不是旋轉相同的,而是鏡面對稱的。 

如果某個物體關於某個平面(平面對應着一個方向)是鏡像對稱的,則它和它在鏡中的影像是旋轉相同的。如果某個物體關於任何平面都不是鏡像對稱的,則它和它在鏡中的影像不是旋轉相同的。由於人的身體在大體上是左右對稱的,因此身體和鏡中身體是近似的旋轉對稱的。我們表象中的世界一般關於任何平面都不是鏡像對稱的,所以世界和鏡中世界不是旋轉相同的。 

鏡像對稱的影像,我們在認知上認為是同一類,甚至是“同一個”。我們把鏡中人認為是“人”,並且由於鏡中人與人是近似的旋轉相同的,所以我們能以其角度來思考方位。世界和鏡中世界是鏡像對稱的(前后對稱的),世界可以通過旋轉、位移和左右翻轉來和鏡中世界重合。人的身體可以通過相應的旋轉、位移來和鏡中身體相重合。“旋轉”、“位移”的操作對於世界和人來說是一樣的。由於世界必須另作“左右翻轉”的操作,所以鏡中人感到的左右是和境外人相顛倒的,但上下前后不會顛倒。


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