מדוע בתמונת ראי מתהפכים כיווני שמאל וימין אבל לא למעלה ולמטה?
אנו נוטים לחשוב על התיאור "תמונת ראי" כמצב שבו מחליפים הכיוונים שמאל וימין את תפקידם. למשל, מחברותיו של ליאונרדו דה וינצ'י כתובות בכתב ראי, כלומר באותיות שכתובות מימין לשמאל, הפוך מהכיוון הרגיל באיטלקית. אבל בעצם מראה עושה משהו שונה מעט, ואם נבין כיצד נוכל להבין גם למה נוטים לחשוב שהיא הופכת ימין ושמאל אבל לא למעלה ולמטה.
כדי להבין את פעולת המראה, נחשוב על קרן אור שמקורה בנורה שתלויה בחדר. היא פוגעת בעצם כלשהו, למשל בקצה הראש שלנו ומשם היא מוחזרת בכיוונים שונים. באיור רואים קרן אור שפגעה בעצם והמשיכה בהתקדמות לעבר המראה. כשהקרן פוגעת במראה היא מוחזרת כך שהזווית שבה היא עוזבת את ההמראה שווה לזווית שבה היא פגשה את המראה ולבסוף פוגשת את העין. המוח קולט את האור המתקדם ומסיק שהוא מגיע מעצם שאמור להיות מאחורי המראה, בכיוון ההתקדמות של הקרן המוחזרת.
לפי ההחזר, המוח מסיק שהעצם אמור להיות מאחורי המראה, והזווית מראה היכן | איור: גל וינר
אז אנו רואים שהמראה לוקחת את העצם ומעתיקה אותו כך שהוא נמצא מול עצם המקור, כפי שהוא מופיע בקו הכחול המקווקו ולא כפי שהוא נראה בקו האדום המקווקו. אם נצמיד את עצם המקור אל משטח המראה, תמונת המראה והעצם יראו כאילו הם נוגעים זה בזה כפי שהם נראים באיור משמאל.
המראה רק מעתיקה. כך זה נראה במבט ממרחק מהמראה (איור ימני) או מקרוב (איור שמאלי) | איורים: גל וינר
ההעתקה הזו עובדת גם אם המראה אופקית ולא אנכית, למשל אם נסתכל על ההשתקפות של הר במי אגם, נראה את ההר כך שקצהו העליון משתקף כלפי מטה ביחס לזווית ההסתכלות שלנו. כלומר, בה שקובע את כיוון השיקוף הוא הזווית של המראה ביחס אלינו וביחס לאובייקט.
עניין של זווית: אם המראה אופקית, או האגם, פסגת ההר נראית בהשתקפות למטה. נוף בבוואריה | צילום: Shutterstock
אז אם המראה לא ממש "הופכת" שום דבר, אלא רק מבצעת פעולה של העתקה – נקודה לנקודה, מדוע נדמה לנו שהיא הופכת שמאל וימין? בגלל שאנחנו רגילים לחשוב על תמונת המראה כפי שאנחנו רואים כשאנו ניצבים מולה.
נדמה שהדמות שאנחנו מביטים בה במראה מרימה את ידה השמאלית כשאנחנו מרימים את ידנו הימנית. אך למעשה מורמת התמונה המועתקת של ידינו הימנית. אנחנו יודעים שכדי לעמוד באותה צורה שבה עומדת הדמות במראה היינו צריכים להסתובב – כלומר לעמוד כך שיד ימין שלנו עוברת להיות היכן שיד שמאל שלנו. יהיה מדויק הרבה יותר לומר שהמראה הופכת את הכיוון "פנימה" אל המראה אל הכיוון "החוצה" ממנה.
אם כשאנו מביטים במראה האף שלנו מצביע כלפי מזרח למשל, אפו של האיש שמביט בנו במראה מצביע בכיוון מערב, כלומר אלינו. באיור אפשר לראות שתפקידם של החיצים המסומנים "קדימה" מתהפך אבל החיצים שמצביעים למטה לא השתנו כלל. מאחר והכיוונים ימין ושמאל הם כיוונים יחסיים, בשונה למשל מכיווני רוחות השמיים (צפון, דרום, מזרח ומערב) גם הם מתהפכים כשקדימה ואחורה הופכים את כיוונם.
היפוך של "פנימה" ו"החוצה" הכיוון של החץ לעבר המראה משתנה, אבל לא הכיוון מעלה-מטה | איור: גל וינר
אז לא כל עצם "מתהפך" כשמסתכלים על התמונה שלו במראה. החיצים המסומנים "למטה" לא התהפכו כלל. אפשר לומר שהחיצים המסומנים כך הם "סימטריים" ביחס לפעולת המראה – כלומר לא משתנים כשמסתכלים עליהם במראה, בעוד שהחיצים המסומנים "קדימה" הם אנטי-סימטריים ביחס לפעולת המראה: אחד הופכי למשנהו.
בפיזיקה רעיון הסימטריה חשוב מאוד, ובפרט שאלת התנהגותן של תופעות פיזיקליות ביחס לסימטריית מראה סיקרנה מדענים רבים: האם תמיד תופעות פיזיקליות הן סימטריות ביחס לפעולת המראה? המדענית צ'ין שיונג וו (Wu) עשתה ניסוי פורץ דרך שהראה שהתשובה שלילית: אפשר להבדיל בין העולם לבין השתקפותו במראה כי יש תופעות מסוימות שאינן סימטריות ביחס לפעולת המראה. על הגילוי הוענק פרס נובל בפיזיקה ב-1957 לשני מדענים אחרים, הפיזיקאים התיאורטיים צ'ן נינג יאנג (Chen) וטסונג דאי לי (Lee), אך צ'ין קופחה.
