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飞到2200光年外,能看到秦始皇吗?这算不算穿越到了过去?

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李论科学 2021-01-22 21:37

光的本质是电磁波,它既然能传递电磁力,也可以传输信息,例如我们日常生活中看到的所有力的作用,例如你拿起了手机、拿起了杯子、汽车在路上跑等等,这些行为说到底都是电磁力在起作用。

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电磁力是宇宙四大基本力之一,和引力一起掌控着宏观世界的构造和运动。

光(电磁波)作为信息的载体,它也是宇宙中传输信息的基本形式;

例如我们的使用无线网络、光纤都在电磁波在传递信息,还有我们生活中“看”这个行为,其实也是电磁波传递信息的典型代表。

我们知道电磁波波普非常的广泛,从波长极短的伽马射线一直到波长数百米的无线电,而我们眼睛能够看到的波长范围只有400nm到700nm之间这个极小的波段。

这就是我们常说的可见光,我们眼睛就像是一个光信号接收器一样,可以接收这个波段的光子,还能辨别出不同波段的颜色,所有我们才看到这个花花世界。

在自然界有些东西它可以自己发光,有些东西它不能发光,只能反射光线,但无论哪一种只要这些光线进入了我们的眼睛,那么光线就会把这个物体自身的一些信息带给我们。

这就是我们生活中“看”这个行为背后的科学道理。

那么我们看到的物体都是它当下的状态吗?

我们知道不管啥东西,都会与我们有一点点的距离,就算你在看手机,那至少也得和你的眼睛距离40公分吧。

如果光传递信号的过程是瞬时的,也就是光飞跃距离的速度是无限的,那么我们此刻看到的所有东西,都是它的瞬时状态。

但是真实的宇宙并不是这个样子的,光有速度而且是一个有限的速度,每秒30万公里,不管它有多快,只要它速度有限,那么我们看到的所有东西都是它过去的样子。

例如我们看到的月亮是1.28秒之前的,因为光需要花这么多的时间才能从月亮到地球,才能被我们眼睛接受到,所有我们看到的月亮都是过去的状态。

太阳也一样,我们看到的是8分钟前的太阳,4.2年前的比邻星,8.6年前的天狼星,24年前的织女星等等。

那么反过来从这些星球上看地球,根据距离的不同我们也可以看到不同时期地球的过去。这一点没有错,理论就是如此。

那么我们站在2200光年外的一颗星球上看地球,能看到秦始皇吗?

2200光年外的星球上,它们现在接收到的地球反射的光线确实是2200年前的,因为地球上反射的太阳光必须花2200年才能达到那里,才能被那里的人看到。

如果它们看地球的话,地球的夜晚不会灯火通明,因为那时还没有电灯,地球的大气可能更加纯净,因为人类还没有进入工业时代。

可以看到处在战国时期的中国,可以看到秦始皇一统六国等等过去的这些地球历史,这在科学理论上完全没有错。

但是现实情况下却无法办到。甚至在2200光年外,都很难看到地球的存在,更不用说去看清它上面有没有灯火,有没有建筑,看清它的大气,看清一个人的存在。

因为地球本身不发光,它不是一颗恒星,只能反射太阳光,所以地球的本质亮度很低,而且我们还知道一个物体的亮度会随着距离的增加而成倍的衰减;

这是因为一个物体发出的光随着距离的增加,会扩散到越来越大的面积,那么单位面积内的光子数量就会减少。

例如距离增加一倍,亮度就会减小两倍,当年旅行者1号在结束行星探测计划以后,在距离地球64亿公里的地方转过身还拍摄了一张地球照片。

在这张照片上地球只是一个蓝色的小点,大小只有一个像素。64亿公里地球的光度已经衰减成了这个样子,更何况2200光年外。

如果真的在2200光年外有一个智慧生命,它用足够先进也足够大的望远镜在对准地球观察,就算持续曝光数月的时间,估计也无法接收到来自地球的一颗光子。

言外之意就是,在这个距离上不管是使用任何手段,都无法看到地球。因为地球反射的光子已经扩散到了足够广阔的空间内,无法用望远镜捕捉到任何一个有用的光信号。

就算捕捉到了一两个光子,这些光子也是无用信号,原因是光子在飞行途中会被宇宙中的尘埃反射、吸收再发射,所以数量稀少的几颗光子,根本无法提供任何有用信息。

连地球都看不见,更别说地球大气层以下发生的事,就算我们现在火星上架一架望远镜,也不能保证能对地球上的某一个人进行成像。

所以说,理论上地球2200年前的光现在刚到2200光年外,它们看到的地球就是2200年前的样子。但是理论和现实不一样,现实是我们甚至看不到地球的存在。

原因总结起来就是:距离越远光子会越分散,单位面积内的光子数量会减少,光度就会降低,分辨率也会降低。这就是为什么望远镜的口径对望远镜成像非常关键,毕竟口径大可接收到的光子数量越多。

其次就是光子在飞行的时候还会与其他的物体(如尘埃)发生相互作用,要么被反射要么被吸收,导致有用信息的光子数量会进一步减小,甚至直接被尘埃云完全遮挡住,无法穿透。

这就是我们为何看不到地球,看不到秦始皇的原因,说实在的,2200光年外,也就能看到太阳,而且太阳也不过是一颗暗淡的恒星,我们只能通过对太阳进行光谱分析来了解它的质量和成分。

看到宇宙过去的状态算不算是穿越到了过去?

这其实也不能算,我们只要往宇宙中看,我们看到的星星都是过去的样子。但这并不代表我们穿越到了它们的过去,只不过是它们的光现在才被我们接受到。

所谓的穿越到过去,是对某一件事物来说,我们可以随意的回顾它过去历史中的任何一个时刻,而我们现在看到的过去,其实只跟一个天体和我们的距离有关,我们并不能随意的看一颗恒星历史的任何一个时刻。

就拿太阳来说,我们总是能看到它8分钟前的样子,而我们并不能看到它一年前的样子,所以我们并没有穿越太阳的历史。

而且在科学中时间是无法倒流的,它的方向只会向前,所以穿越到过去不过是一种科幻的想法,在宇宙中无法实现。

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