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你真的分得清“前后左右”和“东西南北”吗?(四)——无处不在的相对方位

 MatheMagician 2023-07-05 发布于广东

在前面的文章里,我们从方向的本质参考系出发,介绍完了常用的地球球心参考系东南西北方位以及以人为参考系的前后左右方位,相关内容请戳:

你真的分得清“前后左右”和“东西南北”吗?(三)——向左拐,还是往北走?
你真的分得清“前后左右”和“东西南北”吗?(二)——经纬度的秘密
你真的分得清“前后左右”和“东西南北”吗?(一)——以太阳还是地球当参考系?

前面不断地提到了我们的右手,以及似乎万能的用右手系来解决球坐标最后一个oz轴方向的问题。

于是留下了最后一个灵魂拷问:说了这么多,那到底什么是右手?


什么是右手?


其实,上帝只是给了人类两只手而已,因为他们成镜像,并不完全重合,因此有了命名的可能和需要。这不,我们根据右手系建立起了人体相对坐标,自然地在ox正方向的,规定为右,反之负方向,叫做左。但问题又来了,最开始,你都没有右手的定义,哪来的右手系呢?这是典型的鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。而我猜测,天然地,因为人体只是看起来外表对称,其实内部是不对称的,比如心脏就在左边而肝脏在右边(器官图里正好相反是因为此人面对你,你们的oy前后方向颠倒,是镜像关系)。而且,左右手虽然外形对称,大部分人却是右手灵活,左手辅助,还是有区别。我们无从考究到底是哪个原因区分了左右并以右为正方向,但是就方向的本质而言,左右一定是有区别的这种区分才有意义,因为这样才是把可区分的东西区分开来了。至此,右便不仅仅是个方向,它还带有了为主导,起主要作用的意思,就像布尔变量中的1有时候也有类似的含义,而有时候也没有主次之分。比如我们要用右手系就是这么个意思,很有可能是我们人类习惯拿起那只手,然后以此手的五指方向关系建立了坐标系,并且又把自己名字改回了右手而已。

而右手系,只不过是有了右手以后,顺带规定的一种参考方向罢了,还恰好用到了右边那只手的大拇指和其他四指的方向关系,且刚好和左手相对不同。

以右手为原点构建的以人体为参考系的前后左右方位,又属于一种特殊的类型,叫相对方位。即我们的参考系是随着运动过程自身也在变化的,方位的描述也在随时相对地变化。它在很多场景中使用,因为我们除了定位单个对象的位置,更多的关系其实就是两个对象的相对方位,以及以其中一个为参考系对另一个描述,而它的计算,却又可以从绝对方位中导出。接着,我们就来看看相对方位描述有什么不同的价值。


相对方位的秘密和思考


我们通过几个问题,来尝试理解相对方位和绝对方位比较的优劣。

比如,为什么北方人指路用东西南北,南方人用前后左右?

北方地势较平坦,河流水道少,街道也往往是标准的纵横交错、东西分明;而南方多山地,河流水域间隔,地势崎岖,自然更倾向前后左右的方向认知。

所以,这完全取决于,到底是绝对方位好辨认(在横平竖直的道路上),还是相对方位好理解(以自己为中心,直观可靠),各有各的用处。

那为什么还会有上北下南左西右东的说法呢?

其实这只是上的约定俗成。成因也很简单,那就和我们一般的平面直角坐标系,以右和上为正一样,默认的那也是,东向为右正向,北向为上正向了,这一点通过南半球澳大利亚画的是上南下北的区别就一目了然了。地图本来只因为有文字等其他标识,才有了自己的上下,并且只印了一面,因此有固定的观察方向,自然也有了左右。然后给与一个默认的和实际非南北极的“上北下南,左西右东”的对应关系,就可以方便地知道地图上的方向和实际在地球上移动的关系了。而在实地,那就是得先找到北,才能真正找到怎么走,并且面北,再按照前北后南左西右东走了。

到这里你会发现,所谓相对和绝对方位,也是相对描述,可以转化的。

那现在你应该可以理解,镜子里的人和你左右相反是什么意思了吧?

它是你的镜像,因此你俩的oy前后方向恰好相反,而上下oz没有变,这取决于你是直立着照镜子的。这样它的参考系里的ox方向也变了,因此如果把它也看成一个虚拟人,那么你动的ox正方向的右手,对应它的就是ox负方向那一只,自然是镜像的左手了。假设你躺在镜子前,或者侧对镜子,分别改变的是oz和ox方向,都会导致ox参考方向改变。至于问,为什么上下不颠倒,那我想问,凭什么要颠倒呢?哪怕是左右,实体也并没有颠倒,只是,对于它来说,描述的参考坐标变化了而已。

还记得有道题目,问公交车的车门应该开在哪一侧,司机应该坐在车的哪一侧?

显然开在哪一侧是和车辆怎么行使有关的。我们常说的,要靠右行驶,这个右值得是从任何一头进入一条道路的人作为参考系时,它的右侧,即其右手系下的ox方向,但实际上我们说的马路右侧,又是以马路中心线上的点为原点,以车辆前进方向建立右手坐标系来说的。如果道路是直的,那么显然道路两头的人要进入道路时候其前向刚好相反,所以其右侧也就刚好对应道路的两个不同的方位。这也是为什么“既然都走右侧,为啥不堵车?”的解释了。正因为都走自己的同一侧,而沿着两个相反方向的人恰好各自成一侧,因此互相之间不会发声碰撞。

当然,这么规定的目的是使得迎面的车互不相撞,而迎面等价为二者的前方向反,因此左右正好相反,右也并不是唯一选择,我们完全可以都靠左行驶来解决这个问题。这就涉及到历史习惯了,到今天,欧洲国家也是左行居多,而中美则是右行。据说,这和他们以前右撇子居多情况下,骑士上马需要从马的左侧上更习惯,以及需要用右手拿武器去攻击敌人有关,因为这种情况下,只要在靠左行,才能安全地上马以及攻击到敌人。

车辆左右行的要求也直接影响了座驾的方位,按道理,右行车如果把座驾也安排在右侧,不是方便司机上下车吗?不然,之所以在左侧,是为了在靠右形式的车道上,靠左超车获得更好的视线,这比下车重要多了。至于为什么要靠左超车,也很清楚,因为你靠哪侧行驶,那么越往这一侧的车速就应该越低,因为最后是要低到在这一侧能停车下车的,而超车的要求完全相反。不过靠左靠右行有一点区别,那就是,大多数右撇子的人在危机时刻会更习惯和快速地向左转方向盘,人也会偏向心脏那一侧,也就是左侧,因此靠左行的车更容易摆脱危险,把车开向路边;但是,右行车因为驾驶座在左侧,因此更方便用右手完成在中间的换挡等操作的控制。

最后回到公交车门应该开在哪的问题,因为公交车有大量的上下客,因此开门一侧一定是靠向马路边的,所以我们以车自己为参考系靠右行的车,门也开在其右侧,即站在右边马路人参考系靠近一侧,反之亦然。当然,这是原理上,理论上的解释,实际上也可能有不同。

最后总结一下,靠哪侧形式,指的是以行驶者和其车的方向为参考系的设定。驾驶位和行驶侧相反,为了在超车时向另一侧行驶有好的视野,而开门位置一般和行驶侧相同,可在更安全的马路边下车。具体靠哪边行驶无所谓,只要互相匹配上就够了。除非个人的左右习惯,比如右行左驾更方便有手换挡,左行右驾则更容易左转向路边避险。

一个站在马路边面向马路观察的人,靠近其的道路上的车,如果是右行,则都是向右行驶的,如果都是左行,那就是靠左行驶的。但这并不是靠左右行驶的原意,只不过是因为,靠右行驶的人向左转90度面向马路中心时(这正是路边等车人的朝向),其右侧恰好成了其前向。车永远都只知道向前还是向后,这是车轮决定的。左右,只是其他参考系的观察。


结语


好了,以上就是方位描述系列的全部内容了,我们从生活中最常见的方位描述现象出发,探讨了最常用的经纬度绝对方位描述以及前后左右的相对方位描述的来由和原理,以及它们二者的关系,最后用这样的思路理解清楚了很多关于方位似懂非懂的问题。这个追本逐源的科学探索过程本身也有示范意义,希望大家也能养成深度思考,探寻本质的习惯,让我们的思维更有深度。

我们下个系列见!

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