公元前221年,秦始皇灭掉六国称帝,距今已经2242年了,可惜在那个永远的年代,没有影像设备,根本没有办法记录秦始皇登基时的场景。大家知道,光线在宇宙中传输速度最快,每秒达到30万公里,如果在较大的空间尺度来看,光线从一点传输到另外一点,仍然需要一定的时间,比如太阳光线从发出到达地球,需要8分20秒。那么,理论上,假如我们能够瞬间移动到距离地球2242光年以外的位置,是否就能目睹到秦始皇登基时的盛大场景呢?

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眼睛看到的场景其实都是“过去时”

我们之所以能够看到周围的物体,原因就在于光线对人眼的刺激。拿太阳光来说,它本身是一种电磁波,是不同波长光线的组合体,从波长从短到长,依次包含着伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和无线电波,人眼能够感受到的只是其中很少的一部分,即可见光部分。而可见光中,又包含着红橙黄绿蓝靛紫7种单色光。

当光线从光源处发出直接进入人眼,或者被物体反射后进入人眼,会通过人眼中的晶状体进行折射,然后在视网膜上聚焦,继而刺激视网膜中的感光细胞,其中人眼中的视杆细胞能够感受到弱光以及没有颜色的视觉,而视锥细胞能够感受到强光以及带有颜色的视觉,再通过视神经将这些光刺激的信号传输到大脑中枢,经过信息处理之后,最终形成关于物体的明暗、形状、大小、颜色等基本特征的判断,我们便看到了周围的物体,并且能够掌握物体的基本状态。

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虽然光线的传输速度非常快,但是再快的速度,也架不住长远的距离。光线从光源发出后,必须要经过一定的时间,才能传送到我们的眼睛里形成视觉信息,所以理论上人眼看到的物体,都是一定时间以前的状态,我们看到的物体严格意义上来说都只是它们的“过去时”。比如,我们在一个黑屋里随手打开灯的开关,会在一瞬间看到屋子里面亮起来,并没有“延迟”的感觉,原因就在于屋子里的物体距离我们实在是太近了,光线从灯发出来以及被物体反射之后进入人眼的时间,实在是太短了而已。

如果把光线的传输放到宇宙尺度上,那么这个时间差就不能忽略了。比如月球反射太阳光线到达地球,差不多要1.3秒;太阳光线照射到达球,需要8分20秒;除太阳外距离地球最近的恒星-比邻星,其发出的光线到达地球需要4.2年。距离地球越远的星体,其发出的光线或者发射过来的光线到达地球,需要的时间就会越长。我们之所以张眼就能看到它们,并不代表光线传输是瞬间到达的,而是光线的传输是连续的,我们即时看到的,只是一定时间以前,从光源处所发出的光线,代表的是光源的“历史”状态。

看清物体的基本条件

刚才说到了,人眼能够看到物体,从物体发出或者反射出可见光进入人眼,这一点是最基础的。但是这个基础条件的存在,并不意味着我们就完全能够看清这个物体,还需要另外两个必要的因素,否则我们仍然看不清楚物体的重要细节。

一个是视角的问题。只有视角达到一定程度,我们才能看清物体的基本轮廓和、形状和大小,否则即使人眼能够捕捉到从物体上发出或者反射的光线,也只能看到一个亮点而已。从人眼的生理机能看,理论上最小的视角为1分,只有超出这个数值,才能在视网膜上形成物体的像。

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另外一个是分辨率的问题。就如同照相机一样,人眼要想看得清物体,在视网膜上成像也必须具备一定的分辨率,否则只能是模糊的图像,无法辨别物体表面的细节特征。

所以,人眼能够看清物体,特别是要想观测遥远的天体,除了必要的光线以外,还得需要较大的视角以及较高的分辨率。而人眼的视物存在客观的极限性,所以当应用天文望远镜来观测遥远的天体时,相当于增强了人眼的生理功能,拓展了极限空间,提高了观测的上限。越是先进的望远镜,我们观测到的天体距离就会越远,看到的景象就越清晰。

在2242光年外,能看到秦始皇登基的盛况吗?

理论上当然是可以的,只要我们能够瞬间移动到那个位置,只要我们拥有超强的观测仪器,这都不是事。然而,恰恰这两个“假设”,以人类目前的科技水平,是不可能达到的。

首先,从观测仪器上看,我们目前最先进的天文望远镜,虽然可以接收到来自遥远区域的天体所发射出来的光线,甚至这个距离可以达到几十上百亿光年,然而也仅仅是接收到微弱的电磁波信号而已,根本无法探测到目标星体诸如大小、亮度等其它特征。同时,按照目前天文望远镜的分辨率指标,如果想看清2000光年外的天体,那么望远镜的口径,必须达到非常大的规模,甚至需要数光年的直径,这很显然是无法实现的。

其次,对于遥远行星的观测难度非常大。行星不同于恒星,它们不会发光,仅靠反射周围恒星的光线,才有可能被我们所探知,而它的亮度,与同距离的恒星相比,要弱好多数量级,这也是为什么我们截至目前能够发现许多恒星,但很难发现太阳系外行星的根本原因。

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与此同时,光线在宇宙空间中传输时,也会受到不同程度的“杂质”影响,比如尘埃、小行星、星际气体等,从而产生相应的折射、反射等现象,有很多还会被吸收,所以从光源发出的光线,距离地球越远,损耗也越严重,探测起来难度就越大。我们利用凌日法、引力透镜等方法,固然可以间接地探测到较远距离的行星,但是也极难得知其运行规律,更别提其表面的状态了。

所以,即使我们可以瞬间移动到2242光年之外的区域,也没有可以匹配观测地球的巨型天文望远镜,根本无法目睹地球表面的形态,想要观看秦始皇登基的盛况更是无从谈起,甚至连定位地球都可能无法实现。