Warum klappen Spiegel nach links?

Wenn Sie jemals in einen Spiegel geschaut haben, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass alles, was Sie sehen, auf den Kopf gestellt ist. Wenn Sie Ihre linke Hand heben, hebt Ihr Spiegelbild die rechte Hand. Wenn Sie mit dem rechten Auge zwinkern, zwinkert das linke Auge Ihres Spiegelbildes zurück. Und wenn Sie eine Nachricht schreiben und sie hochhalten, werden Sie sehen, dass Ihr Spiegelbild das identische Zeichen hochhält, aber alles erscheint verkehrt herum, sogar die einzelnen Buchstaben selbst. Es scheint, dass alles, was Sie im Spiegel sehen, links und rechts vertauscht ist. Aber aus irgendeinem Grund scheinen Auf und Ab nicht umgekehrt zu sein. Ihr Spiegelbild hat immer noch die Füße auf dem Boden, die Decke oben und alle Buchstaben auf den Schriftzügen Ihres Spiegelbilds sind nicht auf den Kopf gestellt, sondern bleiben mit der richtigen Seite nach oben.

Warum ist das so? Das erleben nicht nur Menschen: Egal, ob Sie ein Seestern, ein Insekt, eine Qualle, ein Sittich oder eine Katze sind – ob im Weltraum, auf der Erde oder irgendwo anders im Universum – Sie werden immer noch das Gleiche sehen. Wenn Sie in einen an einer Wand montierten Spiegel schauen, scheinen sich alle nach links und rechts umzudrehen, aber nicht nach oben und unten. Das ist überhaupt kein Mangel in Ihrem Spiegel; Es ist eine Folge davon, wie Reflexionen auf einer grundlegenden Ebene funktionieren.

Das erste, was Sie erkennen müssen, ist, dass unsere Umgebung hier nichts Besonderes ist. Was Spiegel und Reflexionen betrifft, gibt es nichts Bemerkenswertes an:

das hat keinen Einfluss auf das Ergebnis.

Wir könnten die Schwerkraft ein- oder ausschalten; wir könnten uns um jeden Winkel drehen, sogar um 45°, 90° oder 180° um jede Achse; wir könnten uns zusätzliche Augen oder Sinne geben; Wir könnten die uns umgebenden Objekte in jeder beliebigen Konfiguration neu anordnen. Trotz all dieser Modifikationen würden wir immer noch sehen, dass oben oben blieb, unten unten blieb und dass alles im Spiegel so aussehen würde, als ob links und rechts vertauscht wären.

Eines der besten Beispiele, um dies zu veranschaulichen, besteht darin, einen sich drehenden Ball im Spiegel zu betrachten und ihn aus zwei Perspektiven zu betrachten: einmal aus der Perspektive eines Balls, der sich um seine vertikale Achse dreht, wie ein Basketball auf dem Finger eines erfahrenen Sportlers, und einmal aus der Perspektive eines Balls Stattdessen dreht es sich um seine horizontale Achse.

Wenn Sie einen Ball um seine vertikale Achse drehen, können Sie bedenken, dass es zwei Möglichkeiten gibt, dies zu tun. Wenn Sie von oben auf diesen Ball schauten, sahen Sie entweder, dass er sich im Uhrzeigersinn zu drehen schien, von vorne nach rechts, von hinten nach links und wieder nach vorne, oder gegen den Uhrzeigersinn, also in genau die entgegengesetzte Richtung.

Wenn sich der Ball im Uhrzeigersinn dreht, können Sie dies mit der linken Hand modellieren. Wenn Sie Ihre linke Hand nehmen und mit dem Daumen nach oben zeigen, werden Sie feststellen, dass sich Ihre Finger im Uhrzeigersinn drehen. Ein im Uhrzeigersinn rotierender Ball folgt genau derselben Ausrichtung.

Aber schauen Sie sich jetzt den Ball – und das Spiegelbild Ihrer linken Hand – im Spiegel an. Wenn Sie noch einmal von oben auf den Ball „nach unten“ schauen würden, würden Sie sehen, dass er sich stattdessen gegen den Uhrzeigersinn dreht. Wenn Sie dem Punkt auf dem Ball folgen würden, der Ihnen am nächsten liegt, würden Sie sehen, wie er sich nach rechts und rückwärts bewegt, von Ihnen weg, dann weiter weg und zurück zur Mitte, dann näher und nach links, dann noch näher und weiter zurück zur Mitte. Diese Bewegung gegen den Uhrzeigersinn könnte durch Ihre eigene rechte Hand beschrieben werden und zeigt, wie der Spiegel wieder einmal die Links-Rechts-Bewegung zu vertauschen schien, während die Auf- und Ab-Richtung unverändert blieb.

Was wäre, wenn wir dann dazu übergehen würden, einen Ball um seine horizontale Achse zu drehen? Wie würde ein Spiegel damit umgehen?

Stellen Sie sich vor, Sie halten den Ball so vor sich, dass er zwischen Ihren beiden zueinander zeigenden Zeigefingern eingeklemmt ist. Wir haben wiederum zwei Möglichkeiten, es zu drehen, also wählen wir eine aus: überhand und von Ihnen weg. Wenn wir an der Stelle des Balls beginnen, die Ihrem Körperkern am nächsten liegt, werden Sie sehen, wie er sich bewegt:

woraufhin es in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Diese „Hinterhand“-Rotation war eine Wahl, die Sie hätten treffen können; die Umkehrung würde stattdessen zu einer „Überhand“-Rotation führen. (Wenn Sie schon einmal darüber gestritten haben, wie man eine Toilettenpapierrolle „richtig“ aufhängt, kennen Sie diese beiden Visualisierungen.)

Aber was passiert dieses Mal, wenn Sie in den Spiegel schauen? Links und rechts sind gleich. Oben und unten sind gleich. Aber der Ball? Die gespiegelte Version des Balls scheint sich nicht mit einer Unterhandrotation zu drehen, sondern mit einer Überhandausrichtung.

Dieses Beispiel überrascht die meisten Menschen. Sicher, es ist eindeutig symmetrisch zur vertikalen Achse; Wenn Sie eine imaginäre Linie durch Ihre Mitte zeichnen würden, während sich der Ball um seine horizontale Achse dreht, ist klar, dass die linke Hälfte von Ihnen und die rechte Hälfte völlig symmetrisch sind. Das Gleiche gilt für Ihr Spiegelbild: Links und rechts erscheinen völlig symmetrisch.

Sicher, Ihr Spiegel ersetzt immer noch Ihre Linke durch Ihre Rechte. Die rechte Hand Ihres Spiegelbildes entspricht Ihrer linken Hand; Die linke Hand Ihres Spiegelbildes entspricht Ihrer rechten. Aus der Perspektive Ihres Spiegelbilds macht ihr Ball das Gleiche wie Ihr Ball aus Ihrer eigenen Perspektive: Er bewegt sich nach oben und von seinem Körper weg, dann nach unten und weg, dann nach unten und zu ihm hin und dann nach oben und zu ihm hin und kehrt zu seinem Körper zurück Ausgangsposition.

Aber wenn sie sehen, wie sich ihr Ball aus ihrer Perspektive „unter der Hand“ dreht, scheint sich Ihrer Ball aus ihrer Perspektive „über der Hand“ zu drehen. Der Spiegel scheint auch die Drehrichtung dieser Kugel umzukehren.

Dieses Beispiel gibt einen sehr starken Hinweis darauf, was mit den Spiegeln vor sich geht, wenn wir schlau genug sind, es zu identifizieren. Stellen Sie sich vor – und wir können uns in diesem Beispiel alles vorstellen, was uns gefällt –, dass der Ball, der sich um seine horizontale Achse dreht, jetzt transparent ist. Was wir tun werden, ist, einen einzelnen Punkt auf dieser Kugel direkt entlang ihres Äquators zu erstellen, den wir verfolgen können, als ob wir einen Permanentmarker nehmen und einen Punkt auf eine Kugel zeichnen würden, die aus klarem Glas besteht.

Aus unserer Perspektive im realen Universum werden wir nun die Position sowohl unseres Punkts als auch des Punkts verfolgen, der im Spiegel erscheint. Gleichzeitig sehen wir Folgendes, beginnend mit dem Punkt, der unserem eigenen Körper am nächsten liegt:

Links und rechts spielen, wie man sieht, in diesem Beispiel überhaupt keine Rolle. Wir betrachten lediglich einen einzelnen Punkt, der sich auf und ab und gleichzeitig vorwärts und rückwärts bewegt. Wenn der echte Punkt sich nach oben zu bewegen scheint, scheint sich der gespiegelte Punkt nach oben zu bewegen. Wenn sich der echte Punkt nach unten zu bewegen scheint, scheint sich der gespiegelte Punkt nach unten zu bewegen. Hier gibt es kein Hin- und Herwechseln.

Aber es gibt auch kein Vertauschen von links und rechts!

Wenn Sie das gleiche Experiment mit einer klaren Glaskugel und einem aufgemalten Punkt durchführen würden, die Kugel jedoch um ihre vertikale statt um ihre horizontale Achse drehen würden, würden Sie Folgendes bemerken:

Offensichtlich passiert etwas, aber es ist auch nicht so, dass sich die Links-Rechts-Bewegung widerspiegelt.

Und doch sind Spiegel tatsächlich reflektierende Oberflächen. Sie wechseln nicht nach oben und unten, aber auch nicht nach links und rechts. Stattdessen reflektieren Spiegel von hinten nach vorne: die dritte (Tiefen-)Dimension!

Denken Sie darüber nach, was passiert, wenn Sie sich selbst im Spiegel betrachten. Licht – auch wenn es Umgebungslicht ist, das von anderen Stellen im Raum von Ihrem Körper reflektiert wird – kommt von jedem Teil Ihres Körpers. Es gibt keine Perspektive, aus der man unsichtbar ist, und daher muss das Licht in alle Richtungen nach außen strahlen.

Die einzige Möglichkeit, jemals etwas zu sehen, besteht darin, dass Licht in Ihre Augen eindringt, genau wie eine Kamera, ein Teleskop oder ein anderer Beobachter nur dann etwas sehen kann, wenn Photonen (oder Lichtstrahlen) an einem bestimmten Ort, zu einem bestimmten Zeitpunkt, damit interagieren und Platz. Wenn wir also wissen wollen, was Sie sehen werden und wo Sie es sehen werden, müssen Sie nur die Lichtstrahlen verfolgen: Von welchem ​​Teil Ihres Körpers sie auch immer ausgesandt werden, reflektiert von ihnen Spiegel (der den physikalischen Gesetzen der Optik folgt) und endet bei Ihren Augen. Basierend auf der Gesamtstrecke, die das Licht zurücklegt, und dem Winkel, in dem es einfällt, leiten Ihre Augen und Ihr Gehirn daraus ab, welches „Bild“ im Spiegel entsteht.

Wenn Ihr Körper teilweise transparent wäre und Sie in den Körper Ihres Spiegelbilds sehen könnten, würden Sie feststellen, dass alles von vorne nach hinten gedreht ist. Wenn Sie Ihre linke Hand hochhalten, sieht es so aus, als ob Ihre Fingernägel näher bei Ihnen wären, Ihre Handfläche am weitesten von Ihnen entfernt wäre, Ihr Daumen auf der rechten Seite wäre und Ihre Finger nach oben zeigten. So sieht eine linke Hand aus.

Aber im Spiegel hat dieselbe Hand ihre Fingernägel am weitesten von Ihnen entfernt, ihre Handfläche ist Ihnen am nächsten, ihr Daumen befindet sich auf der rechten Seite und ihre Finger zeigen nach oben. Das ist genau das, was Sie sehen würden, wenn Sie Ihre (echte) rechte Hand nach oben halten würden, die Handfläche jedoch stattdessen Ihrem Gesicht zugewandt wäre. Im Spiegel:

Aber der Grund liegt nicht darin, dass Spiegel die Dinge von links nach rechts drehen; das tun sie nicht. Stattdessen drehen sie die Dinge von vorne nach hinten, und das ist die Erklärung für das, was wir sehen.

In der Physik gibt es eine besondere Art von Symmetrie, die dann vorliegt, wenn das, was im Spiegel geschieht, nicht von dem, was in der Realität geschieht, unterscheidbar ist: Paritätssymmetrie. Die meisten physikalischen Gesetze respektieren diese Symmetrie, aber nicht alle. Insbesondere bei einem radioaktiven Zerfall besteht die Gefahr, dass diese Symmetrie verletzt wird, da Teilchen einen Spin, eine Spinachse und eine Zerfallsrichtung haben, so wie Ihre Hände eine Richtung haben, wie Ihre Finger sich krümmen und eine Richtung dass dein Daumen zeigt. Rechte Hände und linke Hände unterscheiden sich grundlegend – genau wie sich chirale Moleküle voneinander unterscheiden – und auch rotierende Teilchen, die eine Zerfallsrichtung haben. Für diejenigen, die dies tun, ist die Parität verletzt, genauso wie das Spiegelbild einer rechtshändigen Person stattdessen als linkshändig erscheint.

Das Bemerkenswerte an der Funktionsweise von Spiegeln ist, dass sie völlig unabhängig vom Betrachter sind. Wenn unsere Augen in vertikaler Richtung statt in horizontaler Richtung getrennt wären, würden Spiegel immer noch von vorne nach hinten reflektieren. Wären wir in der Schwerelosigkeit, hätten wir nur ein Auge, wären wir ein rotationssymmetrischer Seestern usw., würde sich das, was wir im Spiegel sehen, überhaupt nicht ändern. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Dinge von vorne nach hinten reflektiert werden, und das verändert die „Händigkeit“ von allem, was im Spiegel erscheint, unabhängig davon, wie wir es betrachten.