
平面鏡成像為何左右相反 但上下沒有顛倒?
如果以國中理化程度回答可說:「因為我們會想像自己從側面繞到鏡子裡面。」
高中物理程度回答:光的反射現象會造成物體沿著與鏡子垂直的方向反轉。如果是直立於地面的鏡子,會讓物體前後反轉。如果鏡子平擺在地面,那麼立於鏡上的物體便會上下顛倒。
用座標來看最清楚
假設鏡子放在 𝑥𝑦平面前方,鏡面法線方向是 𝑧軸。
那麼鏡射的效果就是:(𝑥,𝑦,𝑧)→(𝑥,𝑦,−𝑧)
可以發現
𝑥不變 → 左右沒直接變
𝑦不變 → 上下沒直接變
z 變號 → 前後反轉
大學程度,可以用群論回答
鏡像不是單純旋轉 𝐶𝑛,而是反射 𝜎。而我們的大腦常常拿它去和一個旋轉後的物體比。所以感受到「左右相反」,其實是:
鏡映操作σ
再加上腦中做的
旋轉操作C2
兩者混在一起造成的視覺印象
這就是手性(chirality)的核心。
有些分子和它的鏡像:
看起來像左右手 彼此是鏡像 但不能靠純旋轉重疊
這表示:
鏡映不是旋轉群中的元素
或者更精確地說:
旋轉是 proper operation
鏡映是 improper operation
所以一個手性分子如果沒有 𝜎、𝑖、𝑆𝑛這些操作,就可能是手性的。
至於電子上下自旋的性質,與「鏡射」操作無關(不是手性),不是給予上自旋態「鏡射」操作就變成下自旋態,而是要給予旋轉操作π才會變成下自旋態,通常就是利用π電磁脈衝造成自旋翻轉。
