平面镜成像原理（而不是上下颠倒）

左右颠倒是指，站在镜子面前，你抬左手，镜中是右手，你抬右手，镜中则是左手。但问题来了，为什么不是上下颠倒，你的头不是对应镜中的脚，你的脚不是对应镜中的头？

首先，镜子里的像和本体的关系，是前后相反的。也就是说你和镜像的朝向是相反的。你的脸朝内，镜像的脸就朝外。

然后，为了对比一正一反两个图像，你必须把其中一个图像翻转过来，让两个图像的朝向相同。

于是，左右颠倒或上下颠倒，完全取决于你把“本体”往哪个方向翻转。人总是倾向于左右翻转，所以得出的结论总是“左右颠倒”。

这可能有点难想象，我们来看一组图。

2. 他应该怎么把自己翻过来呢？

3. 翻转后的“本体”与镜像的对比，我们可以发现，左右翻转的话不会“上下颠倒”，但上下翻转的话就会”上下颠倒“。

4. 接下来我们给纸片人左手一根棒棒糖，对比向左和向右翻转，会不会有区别？

结论当然是没有区别，因为相当于他转了身，只要水平翻转，看起来都是“左右颠倒”：

明白了这个原理后，我们来付诸实践，在现实中什么情况下，我们与镜像会“上下颠倒”呢？

事实上，如果我们左手拿着棒棒糖，躺下，让朋友帮我们拍一张照片，再与躺下的镜像对比……

这时我们就会发现，我们与镜像是“头脚颠倒”的。

如果你认为你的左手，对应了镜中人的右手，那么你也完全可以认为你的头对应了镜中人的脚……

为了更好地想象，我们把图旋转90度……

啊，上下颠倒了！

世界上大多数地方的人都会有这个困惑，但不是所有的人。比如，澳大利亚土著部落Guugu Yimithirr的居民不但不会因此困惑，反而会对我们纠结于这个问题儿大惑不解。这是因为，他们的语言中没有“前后左右”这样以自我为中心的方向概念（egocentric directions）。

即使在描述很小的空间范围的时候，他们只会使用东南西北等绝对方向。比如，要把汽车的座位往后面挪的时候，他们可能会说：把座位往北挪一点；如果要提醒你注意脚下，他们可能会说：小心你脚下西边有一只大蚂蚁。

听说镜子可以颠倒方向，一个Guugu Yimithirr的土著居民兴致勃勃的做了一个实验。

首先，他面对镜子，举起了“西手”。

他失望的发现，镜子里的人也举起了“西手”，什么也没有颠倒。

于是，他又对着镜子举起了“东手”，发现镜子里的人也举起了“东手”，仍然没有颠倒。

然后，他又尝试了把手指向上和下，仍然没有发现任何颠倒方向的迹象。

最后，他把手指向了北方。这次，他惊喜的发现，镜子中的人把手指向了南方。略一思考，他得出了结论，镜子确实可以颠倒方向。准确地说，镜子颠倒的是和镜子垂直的两个方向。

其实，从平面镜成像的原理我们可以很容易看出这一点。

物体上的每一点和它的镜像和镜面的距离都是相等的，所以整个物体的镜像就是相对于镜面对称的。也就是说，与镜面垂直的这条线上，两个方向颠倒了。

如果一个人面对镜子，那么，被颠倒的两个方向就是“前后”。而这种时候，我们得到的一个错觉是，左右被颠倒了。那么，这种错觉是从哪里来的呢？Youtube上面有一个视频（

https://youtu.be/sqAjsCtpkAA

）对这个问题做了很好的说明。

图片来自

https://youtu.be/sqAjsCtpkAA

上图显示了镜像和真实的物体（人和字）的比较。这样看起来，人和字都是左右颠倒的。但是，这个比较是不恰当的，因为用于比较的人和字都已经进行了水平方向的翻转，那么它在水平方向上（左右）被颠倒也不足为奇。

我们如果把人和字在垂直方向上翻转，我们同样也会看到它在垂直方向的被颠倒。

图片来自

https://youtu.be/sqAjsCtpkAA

为了看清镜子对水平和垂直方向到底做了什么事情，我们可以采用第三种比较方法：对物体不进行任何翻转，让它直接从镜子中走过去。

图片来自

https://youtu.be/sqAjsCtpkAA

具体做法是这样：在透明的材料上写字：

图片来自

https://youtu.be/sqAjsCtpkAA

然后把它放在镜子前：

图片来自

https://youtu.be/sqAjsCtpkAA

我们可以清楚地看到，镜子内外的字是一样的，水平和垂直方向上都没有变化。