公元前221年,咸陽宮旌旗蔽日,鐘鼓齊鳴,那個男人身著玄衣纁裳,帶長劍,登高臺,面對萬千臣民,宣告六國歸一,自稱“始皇帝”。
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這一幕雖然已經(jīng)過去了 2200 多年,但在物理學的邏輯里,它并沒有完全消失,根據(jù)光速有限的原理,當年那場登基大典反射出的光線,此刻并沒有湮滅,而是正在茫茫宇宙的深處繼續(xù)狂奔。
于是一個極其浪漫又極其硬核的腦洞誕生了:如果此時此刻,我們利用某種“黑科技”瞬移到距離地球 2200 多光年外的地方,再架起一臺望遠鏡回頭看地球,是不是就能像看電影直播一樣,親眼目睹秦始皇登基的現(xiàn)場?
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這個問題的答案,藏在愛因斯坦的方程里,也藏在光學的極限中,現(xiàn)在就讓我們來一場跨越時空的思想實驗,去追逐那段逃跑的歷史。
首先,這個腦洞的理論基石是完全正確的:看見,本質(zhì)上就是接收過去的光,光的速度是 299,792,458 米/秒,雖然很快,但在宇宙尺度下,它慢得像只蝸牛。
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你看月亮,看的是 1.3 秒 前的月亮,你看太陽,看的是 8 分 20 秒 前的太陽,你看天狼星,看的是 8.6 年 前的天狼星,這意味著,當我們望向深空時,我們看到的永遠是“過去”,宇宙空間本身,就是一臺天然的時光機器。
同理,從宇宙深處看地球,也是一樣,秦始皇登基時的光子,攜帶當時的信息,以光速向宇宙四面八方擴散,1 年后,這些光飛出了奧爾特云,4 年后,這些光飛到了比鄰星,1000 年后,這些光飛到了獵戶座大星云附近,今天這束“秦朝之光”剛好飛到了距離地球 2247 光年 的地方。
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如果你正好站在那個位置,且你的眼睛足夠敏銳,理論上那束光剛好撞擊你的視網(wǎng)膜,在那里的“現(xiàn)在”,正在上演地球上的“秦朝”。
理論成立,但實施起來,愛因斯坦會立刻站出來給你潑第一盆冷水:你過不去,為了趕在那些光線之前到達 2247 光年之外,你必須比光跑得快,你需要“超光速”,或者“瞬移”,但在狹義相對論中,光速是宇宙因果律的上限。
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任何有質(zhì)量的物體,隨著速度接近光速,動質(zhì)量會趨向于無窮大,要讓你達到光速,需要無窮大的能量,燒光整個宇宙的能量都不夠。如果你能瞬移或者超光速飛行,在時空圖中,你將跑出你的“光錐”,這將導致時光倒流的悖論。
所以“追上”歷史是不可能的,想要看到秦始皇,你必須在他登基的那一刻,就已經(jīng)出發(fā),以亞光速飛到那里等著,如果你現(xiàn)在才出發(fā),哪怕你以 99.9999% 的光速飛行,你也永遠追不上那束 2200 多年前發(fā)出的光,你只能看到未來人類發(fā)射的信號。
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現(xiàn)在我們退一步,假設有高等外星人,或者擁有蟲洞的未來人,確實“瞬移”到了 2247 光年外,他們架起望遠鏡,準備欣賞秦始皇的風采。
他們會看到什么?
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大概率,他們連地球都看不見,更別說秦始皇了,這就涉及到了物理光學的鐵律:瑞利判據(jù),任何望遠鏡都有分辨力的極限,這取決于光的波長和望遠鏡的口徑,假設我們要看清秦始皇的臉,或者至少分清他和旁邊的李斯,我們需要約1米的分辨率,那么望遠鏡的口徑需要達到140億公里才行。
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這是什么概念?
太陽到地球的距離是 1.5 億公里,這個望遠鏡的鏡片直徑,大約是地球到太陽距離的 100 倍,也就是要把整個太陽系都做成一塊透鏡,就算你只是想看清“地球”這個點,而不是秦始皇,你也需要一個幾公里口徑的太空望遠鏡。
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哪怕是在外星文明眼中,這也是神級工程。
即使那個神級外星文明真的把太陽系做成了透鏡,他們依然會面臨一個絕望的問題:亮度。
光是由光子組成的粒子流,在近距離,光子極其密集,所以畫面是連續(xù)的,但在遠距離,根據(jù)平方反比定律,光子會變得極其稀疏,秦始皇站在咸陽宮,雖然陽光普照,但他身上反射出的光子數(shù)量是有限的。
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這些光子向宇宙各個方向飛散,飛了 2247 光年后,這些光子分布在一個半徑為 2247 光年的巨大球面上,秦始皇反射的光子,早就稀釋得比海水里的金原子還稀薄。
經(jīng)過計算,在那個距離上你的望遠鏡每幾秒鐘、甚至幾分鐘,才能接收到 1 個來自秦始皇身上的光子,你看到的不是連貫的登基大典直播,而是一個漆黑的屏幕上,偶爾閃過一個噪點,你需要曝光幾百年,才能勉強湊出一張模糊不清的、充滿噪點的靜態(tài)圖片。
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那有沒有作弊的方法?
有,愛因斯坦自己留了一扇后門:引力透鏡。
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廣義相對論告訴我們,大質(zhì)量天體會彎曲時空,讓光線發(fā)生偏折。這就像一個天然的放大鏡,如果我們在地球和 2247 光年外的觀測點之間,正好找到一個黑洞或者巨大的星系團,利用黑洞的引力聚焦光線,我們確實可以制造出一個超巨型的“虛擬望遠鏡”。
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科學家們確實設想過利用太陽作為引力透鏡來觀測系外行星,如果我們把探測器送到距離太陽約 800 億公里的地方,利用太陽的引力聚焦,理論上可以看清幾十光年外行星表面的山脈,但是要看清 2000 多光年外的人臉,需要的“引力透鏡”精度要求極高,且位置必須完美對齊,這需要全銀河系的配合,概率無限接近于零。
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雖然看不見秦始皇,但這個思想實驗揭示了一個深刻的宇宙真理:信息永不消逝,它只是在逃逸,如果我們在 2247 光年外,雖然看不清人,但我們依然能探測到地球的某些特征,我們可以通過光譜,分析出那是地球,我們會發(fā)現(xiàn)那顆星球非常安靜,沒有雷達、電視塔和手機信號,我們甚至能推算出當時的平均氣溫。
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在 6500 萬光年 外,如果有外星人看地球,他們看到的正是恐龍滅絕的那一刻,那顆巨大的隕石剛剛撞上尤卡坦半島,在 46 億光年 外,如果有人看這里,他們看不到地球,只能看到一團旋轉(zhuǎn)的星云,那是太陽系誕生前的樣子。
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所以說過去并沒有消失,它只是飛遠了,秦始皇、凱撒、孔子、愛因斯坦,甚至你我童年的某個瞬間,這些影像依然以光速在宇宙中穿行,在宇宙的某一個切片上,這一切都正在發(fā)生,栩栩如生。
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