镜子为何颠倒左右而非上下，还有哪些奇妙用途？

有一种光学元件，在最精密的光学仪器中能看到它，我们早晨起来刷牙时也常常会一眼瞧见，它就是镜子。

镜子的工作原理基于光的反射定律。当光线从一个介质射向另一个介质表面，若表面足够平滑，光线就会以相同的角度反射出去，形成“镜面反射”。

我们早已习惯了镜中的自己，但也被一个问题困扰，即为什么镜子能颠倒左右，却不能颠倒上下？这个话题在网络上引起了200多万的关注。

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为什么镜子里的你左右反，上下不反？

“为什么镜子里的你左右是相反的，上下却不是相反的？”这是关于镜子既有趣又常见的问题。

图2：平面反射镜的成像方式 [ 2 ]

实际上，镜子成像既不是左右对称也不是上下对称。出现这种问题的原因是人们往往以自己为参照物，而忽视了镜子。

准确地说，镜子通过平面反射光线，使物体的像在镜面后方对称出现。这种对称是沿着镜面的垂直轴（即前后方向）进行的，所以物体的前后位置被反转，而左右和上下位置相对于镜面保持不变。

图3：镜面对称坐标参考 [ 3 ]

这么说可能不够清楚，若照镜子时换个指示方向的方式，就一目了然了。

假设我们站住不动，面对镜子时面朝北，镜面朝南，那么当我们动一动东边那只手，镜中人动的一定也是东边那只手，反之亦然。

但当我们伸出手指指向北面（也就是我们眼前镜子的方向），镜中的你则一定会指向南，所以说，照镜子时其实是“里外反”。

换句话说，镜子反转的是物体相对于镜面的前后方向，而非左右或上下。

由于人类身体的左右对称性和观察视角的影响，我们感知为左右反转，而上下方向因与镜面垂直，未发生反转。

多来几块镜子可以干什么？

我们知道光的反射定律，就可以用多块镜子，通过调整入射光（即光源）和镜子之间的位置关系，精确地引导光线到达所需的位置。

首先是小学科学课上都会制作的潜望镜，只要用两块互相平行的镜子，就能越过墙头观察对面情况。

若把两块平面镜垂直粘合固定，组成的镜子就叫偶镜。

偶镜有个有趣的现象，当我们照偶镜，调整自己的位置，让镜子的接缝处恰好位于镜中面部的中线，就会发现照镜子的体验大不相同。当我们举起右手，镜中人也会举起右手，当我们闭上左眼，镜中人也会闭上左眼。

此外，若用手电筒紧贴面颊将光射向90°偶镜，会出现眩目反光。这是因为偶镜经两次反射的光与入射光平行，反射光直射入眼所致。

若在偶镜上再加一面镜子使三面镜垂直，就成为一个角反射器，它由三对偶镜组成，无论从何角度投射光线，经二、三次反射的光都与入射光平行。

角反射器用途广泛，像自行车尾灯就由众多角反射器组成，不过实际尾灯角镜之间并非严格垂直，这样能有部分反射光散开，便于司机看见。

图5：自行车上的反射器丨责编拍摄制图

更神奇的是，月球上也有人造角反射器。1969年7月21日，美国阿波罗11号登月成功，人类第一次踏上了月球的表面，登月宇航员带了一个激光后向反射器阵列，并将其放置在月面预定位置上，成功测得当时地球与月球的距离为383911.218公里，角反射器不愧是测距的理想“镜子”！

在摄影领域中还有一个巧妙利用反射镜的摄影设备——单反相机（单镜头反光相机 ) 。其独特之处在于其取景器的设计。

其镜头兼作取景物镜，在摄影镜头与数码相机的感光元件之间，有一反光镜与光学主轴成45°角。

影像通过反光镜，从而显示在机身上方的调焦屏上，通过取景目镜和五棱镜，拍摄者可以观察取景对象，因而取景无视差，且较明亮。拍摄时，反光镜抬起（下图中的②），光线才能到达感光元件。

高级的镜子是啥样？

我们日常家用的镜子，其镀膜层位于镜子后方。当凑近仔细观察，会发现镜中影像存在轻微重影，这是普通家用镜子镀膜及反射特性导致的现象。

镜子的反光效果好不好，取决于入射光（即光源）的波长和镀层的表面光洁度。

在特定场景下，比如激光应用中，使用高反射率反射器可使激光输出功率成倍增加，第一反光板反射图像不失真、无双影，能还原物体本貌。

而普通镜子反射率低、无波长选择性，还会产生双重阴影，使图像质量变差。

在精密设备领域，这种双重阴影和低反射率是绝对不被允许的，因为哪怕极其微小的图像偏差都可能导致设备运行异常，甚至引发严重后果。

在光学系统中常使用通过特殊镀膜工艺的镀膜镜，能够有效提高对特定波长光的反射率，得到的图像不仅亮度高，而且精确准确，画质更清晰，色彩更逼真。

镜子，这个看似简单的光学元件，实则蕴含着丰富的光学原理和制作工艺。从日常生活中的整理仪容到高端光学系统中的精密应用，镜子都发挥着不可替代的作用。

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