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?(网页链接)
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?(图一,镜像对称)
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(图二,矢量叉积的右手定则 ),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。
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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