Зеркальное изображение (в плоском зеркале) — это отраженное дублирование объекта, которое кажется почти идентичным, но перевернуто в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала. Как оптический эффект , оно возникает в результате зеркального отражения от поверхностей блестящих материалов, особенно зеркала или воды . Это также понятие в геометрии , которое может использоваться в качестве процесса концептуализации для трехмерных структур.
В геометрии зеркальное изображение объекта или двумерной фигуры — это мнимое изображение , образованное отражением в плоском зеркале ; оно имеет тот же размер, что и исходный объект, но отличается от него, если только объект или фигура не обладает зеркальной симметрией (также известной как P-симметрия ).
Двумерные зеркальные изображения можно увидеть в отражениях зеркал или других отражающих поверхностей, или на печатной поверхности, видимой наизнанку. Если мы сначала посмотрим на объект, который фактически является двумерным (например, надпись на карточке), а затем повернем карточку к зеркалу, объект повернется на угол 180°, и мы увидим в зеркале переворот слева направо. В этом примере именно изменение ориентации, а не само зеркало, вызывает наблюдаемый переворот. Другой пример — когда мы стоим спиной к зеркалу и лицом к объекту, который находится перед зеркалом. Затем мы сравниваем объект с его отражением, поворачиваясь на 180° к зеркалу. Мы снова воспринимаем переворот слева направо из-за изменения нашей ориентации. Таким образом, в этих примерах зеркало на самом деле не вызывает наблюдаемый переворот.
Концепция отражения может быть распространена на трехмерные объекты, включая внутренние части, даже если они непрозрачны . Тогда этот термин относится как к структурным, так и к визуальным аспектам. Трехмерный объект переворачивается в направлении, перпендикулярном поверхности зеркала. В физике зеркальные изображения изучаются в предмете, называемом геометрической оптикой . Более фундаментально в геометрии и математике они образуют основные объекты теории групп Коксетера и групп отражения .
В химии две версии ( изомеры ) молекулы, одна из которых является «зеркальным отражением» другой, называются энантиомерами , если они не «суперпозируемы» (правильный технический термин, хотя термин «суперимпозируемый» также используется) друг на друга. Это пример хиральности . В общем, объект и его зеркальное отражение называются энантиоморфами .
Если точка объекта имеет координаты ( x , y , z ), то изображение этой точки (отраженное зеркалом в плоскости y , z ) имеет координаты (− x , y , z ). Таким образом, отражение — это разворот оси координат, перпендикулярной ( нормальной ) поверхности зеркала. Хотя плоское зеркало разворачивает объект только в направлении, нормальном к поверхности зеркала, это выворачивает наизнанку все трехмерное изображение, видимое в зеркале, так что возникает восприятие разворота слева направо. Следовательно, разворот несколько ошибочно называют «боковой инверсией». Восприятие разворота слева направо геометрически объясняется тем, что трехмерный объект, видимый в зеркале, является вывернутой наизнанку версией реального объекта, как перчатка, снятая с левой руки и превращенная в правую перчатку, но среди психологов все еще существует некоторая путаница в объяснении. Психология воспринимаемого переворота левого и правого направления обсуждается в статье профессора Майкла Корбаллиса «Много шума вокруг зеркал» (см. «внешние ссылки» ниже).
Отражение в зеркале приводит к изменению хиральности , а именно из правой в левую систему координат (или наоборот). Если посмотреть в зеркало, то две оси (вверх-вниз и влево-вправо) совпадают с осями в зеркале, но третья ось (вперед-назад) перевернута.
Если человек стоит боком к зеркалу, левая и правая руки будут перевернуты непосредственно зеркалом, потому что лево-правая ось человека тогда будет перпендикулярна плоскости зеркала. Однако важно понимать, что всегда есть только два энантиоморфа, объект и его изображение наизнанку. Поэтому, независимо от того, как объект ориентирован по отношению к зеркалу, все полученные изображения принципиально идентичны (как объясняет Корбаллис в своей статье «Много шума из-за зеркал», упомянутой выше).
На фотографии горы, отраженной в озере (фотография вверху справа), очевиден переворот, нормальный к отражающей поверхности. Обратите внимание, что нет явного передне-заднего или лево-правого положения горы. В примере с урной и зеркалом (фотография справа) урна довольно симметрична спереди-заднего (и слева-правого). Таким образом, никакого очевидного переворота любого рода не видно в зеркальном отображении урны.
Зеркальное изображение кажется более очевидным трехмерным, если наблюдатель движется или если изображение рассматривается с использованием бинокулярного зрения . Это происходит потому, что относительное положение объектов меняется при изменении перспективы наблюдателя или по-разному рассматривается каждым глазом. [1]
Смотреть через зеркало с разных позиций (но обязательно с точкой наблюдения, ограниченной полупространством по одну сторону зеркала) — это все равно, что смотреть на трехмерное зеркальное отражение пространства; без дополнительных зеркал имеет значение только зеркальное отражение полупространства перед зеркалом; если есть еще одно зеркало, то имеет значение и зеркальное отражение другого полупространства.
Зеркало не просто создает изображение того, что было бы без него; оно также изменяет распределение света в полупространстве перед зеркалом и за ним. Зеркало, висящее на стене, делает комнату светлее, потому что в зеркальном отражении появляются дополнительные источники света. Однако появление дополнительного света не нарушает принцип сохранения энергии , потому что часть света больше не попадает за зеркало, так как зеркало просто перенаправляет световую энергию. С точки зрения распределения света виртуальное зеркальное изображение имеет тот же вид и тот же эффект, что и реальное, симметрично расположенное полупространство за окном (вместо зеркала). Тени могут распространяться от зеркала в полупространство перед ним и наоборот.
При зеркальном письме текст намеренно отображается в виде своего зеркального отражения, чтобы его можно было прочитать через зеркало. Например, машины скорой помощи или пожарные машины используют зеркальные изображения, чтобы его можно было прочитать с зеркала заднего вида автомобиля . Некоторые кинотеатры также используют зеркальное письмо в системе субтитров на заднем окне, которая помогает людям с нарушениями слуха смотреть фильмы.
В случае двух зеркал, в плоскостях под углом α, взгляд через оба из сектора, который является пересечением двух полупространств, подобен взгляду на версию мира, повернутого на угол 2α; точки наблюдения и направления взгляда, для которых это применимо, соответствуют таковым для взгляда через рамку, подобную рамке первого зеркала, и рамку в зеркальном отображении относительно первой плоскости второго зеркала. Если зеркала имеют вертикальные края, то левый край поля зрения - это плоскость, проходящая через правый край первого зеркала и край второго зеркала, который находится справа, если смотреть прямо, но слева в зеркальном отображении.
В случае двух параллельных зеркал, смотреть через оба одновременно - это как смотреть на версию мира, которая смещена на удвоенное расстояние между зеркалами, в направлении, перпендикулярном им, от наблюдателя. Поскольку плоскость зеркала, в которое человек смотрит прямо, находится за плоскостью другого зеркала, он всегда смотрит под косым углом, и только что упомянутое смещение имеет не только компонент в сторону от наблюдателя, но и компонент в перпендикулярном направлении. Смещенный вид также может быть описан смещением наблюдателя в противоположном направлении. Например, с вертикальным перископом смещение мира происходит от наблюдателя и вниз, оба на длину перископа, но практичнее рассмотреть эквивалентное смещение наблюдателя: вверх и назад.
Также можно создать непереворачивающееся зеркало , разместив два зеркала первой поверхности под углом 90º, чтобы получить неперевернутое изображение.
