光的本質(zhì)是電磁波,它既然能傳遞電磁力,也可以傳輸信息,例如我們?nèi)粘I钪锌吹降乃辛Φ淖饔?,例如你拿起了手機(jī)、拿起了杯子、汽車在路上跑等等,這些行為說(shuō)到底都是電磁力在起作用。 電磁力是宇宙四大基本力之一,和引力一起掌控著宏觀世界的構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)。 光(電磁波)作為信息的載體,它也是宇宙中傳輸信息的基本形式; 例如我們的使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、光纖都在電磁波在傳遞信息,還有我們生活中“看”這個(gè)行為,其實(shí)也是電磁波傳遞信息的典型代表。 我們知道電磁波波譜非常的廣泛,從波長(zhǎng)極短的伽馬射線一直到波長(zhǎng)數(shù)百米的無(wú)線電,而我們眼睛能夠看到的波長(zhǎng)范圍只有400nm到700nm之間這個(gè)極小的波段。 這就是我們常說(shuō)的可見(jiàn)光,我們眼睛就像是一個(gè)光信號(hào)接收器一樣,可以接收這個(gè)波段的光子,還能辨別出不同波段的顏色,所有我們才看到這個(gè)花花世界。 在自然界有些東西它可以自己發(fā)光,有些東西它不能發(fā)光,只能反射光線,但無(wú)論哪一種只有這些光線進(jìn)入了我們的眼睛,那么光線就會(huì)把這個(gè)物體自身的一些信息帶給我們。 這就是我們生活中“看”這個(gè)行為背后的科學(xué)道理。 那么我們看到的物體都是它當(dāng)下的狀態(tài)嗎? 我們知道不管啥東西,都會(huì)與我們有一點(diǎn)點(diǎn)的距離,就算你在看手機(jī),那至少也得和你的眼睛距離40公分吧。 如果光傳遞信號(hào)的過(guò)程是瞬時(shí)的,也就是光飛躍距離的速度是無(wú)限的,那么我們此刻看到的所有東西,都是它的瞬時(shí)狀態(tài)。 但是真實(shí)的宇宙并不是這個(gè)樣子的,光有速度而且是一個(gè)有限的速度,每秒30萬(wàn)公里,不管它有多快,只要它速度有限,那么我們看到的所有東西都是它過(guò)去的樣子。 例如我們看到的月亮是1.28秒之前的,因?yàn)楣庑枰ㄟ@么多的時(shí)間才能從月亮到地球,才能被我們眼睛接受到,所有我們看到的月亮都是過(guò)去的狀態(tài)。 太陽(yáng)也一樣,我們看到的是8分鐘前的太陽(yáng),4.2年前的比鄰星,8.6年前的天狼星,24年前的織女星等等。 那么反過(guò)來(lái)從這些星球上看地球,根據(jù)距離的不同我們也可以看到不同時(shí)期地球的過(guò)去。這一點(diǎn)沒(méi)有錯(cuò),理論就是如此。 那么我們站在2200光年外的一顆星球上看地球,能看到秦始皇嗎? 2200光年外的星球上,它們現(xiàn)在接收到的地球反射的光線確實(shí)是2200年前的,因?yàn)榈厍蛏戏瓷涞奶?yáng)光必須花2200年才能達(dá)到哪里,才能被哪里的人看到。 如果它們看地球的話,地球的夜晚不會(huì)燈火通明,因?yàn)槟菚r(shí)還沒(méi)有電燈,地球的大氣可能更加純凈,因?yàn)槿祟愡€沒(méi)有進(jìn)入工業(yè)時(shí)代。 可以看到處在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的中國(guó),可以看到秦始皇一統(tǒng)六國(guó)等等過(guò)去的這些地球歷史,這在科學(xué)理論上完全沒(méi)有錯(cuò)。 但是現(xiàn)實(shí)情況下卻無(wú)法辦到。甚至在2200光年外,都很難看到地球的存在,更不用說(shuō)去看清它上面有沒(méi)有燈火,有沒(méi)有建筑,看清它的大氣,看清一個(gè)人的存在。 因?yàn)榈厍虮旧聿话l(fā)光,它不是一顆恒星,只能反射太陽(yáng)光,所以地球的本質(zhì)亮度很低,而且我們還知道一個(gè)物體的亮度會(huì)隨著距離的增加而成倍的衰減; 這是因?yàn)橐粋€(gè)物體發(fā)出的光隨著距離的增加,會(huì)擴(kuò)散到越來(lái)越大的面積,那么單位面積內(nèi)的光子數(shù)量就會(huì)減少。 例如距離增加一倍,亮度就會(huì)減小兩倍,當(dāng)年旅行者1號(hào)在結(jié)束行星探測(cè)計(jì)劃以后,在距離地球64億公里的地方轉(zhuǎn)過(guò)身還拍攝了一張地球照片。 在這張照片上地球只是一個(gè)藍(lán)色的小點(diǎn),大小只有一個(gè)像素。64億公里地球的光度已經(jīng)衰減成了這個(gè)樣子,更何況2200光年外。 如果真的在2200光年外有一個(gè)智慧生命,它用足夠先進(jìn)也足夠大的望遠(yuǎn)鏡在對(duì)準(zhǔn)地球觀察,就算持續(xù)曝光數(shù)月的時(shí)間,估計(jì)也無(wú)法接受到來(lái)自地球的一顆光子。 言外之意就是,在這個(gè)距離上不管是使用任何手段,都無(wú)法看到地球。因?yàn)榈厍蚍瓷涞墓庾右呀?jīng)擴(kuò)散到了足夠廣闊的空間內(nèi),無(wú)法用望遠(yuǎn)鏡捕捉到任何一個(gè)有用的光信號(hào)。 就算捕捉到了一兩個(gè)光子,這些光子也是無(wú)用信號(hào),原因是光子在飛行途中會(huì)被宇宙中的塵埃反射、吸收再發(fā)射,所以數(shù)量稀少的幾顆光子,根本無(wú)法提供任何有用信息。 連地球都看不見(jiàn),更別說(shuō)地球大氣層以下發(fā)生的事,就算我們現(xiàn)在火星上架一架望遠(yuǎn)鏡,也不能保證能對(duì)地球上的某一個(gè)人進(jìn)行成像。 所以說(shuō),理論上地球2200年前的光現(xiàn)在剛到2200光年外,它們看到的地球就是2200年前的樣子。但是理論和現(xiàn)實(shí)不一樣,現(xiàn)實(shí)是我們甚至看不到地球的存在。 原因總結(jié)起來(lái)就是:距離越遠(yuǎn)光子會(huì)越分散,單位面積內(nèi)的光子數(shù)量會(huì)減少,光度就會(huì)降低,分辨率也會(huì)降低。這就是為什么望遠(yuǎn)鏡的口徑對(duì)望遠(yuǎn)鏡成像非常關(guān)鍵,畢竟口徑大可接受到的光子數(shù)量越多。 其次就是光子在飛行的時(shí)候還會(huì)與其他的物體(如塵埃)發(fā)生相互作用,要么被反射要么被吸收,導(dǎo)致有用信息的光子數(shù)量會(huì)進(jìn)一步減小,甚至直接被塵埃云完全遮擋住,無(wú)法穿透。 這就是我們?yōu)楹慰床坏降厍颍床坏角厥蓟实脑?,說(shuō)實(shí)在的,2200光年外,也就能看到太陽(yáng),而且太陽(yáng)也不過(guò)是一顆暗淡的恒星,我們只能通過(guò)對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行光譜分析來(lái)了解它的質(zhì)量和成分。 看到宇宙過(guò)去的狀態(tài)算不算是穿越到了過(guò)去? 這其實(shí)也不能算,我們只要往宇宙中看,我們看到的星星都是過(guò)去的樣子。但這并不代表我們穿越到了它們的過(guò)去,只不過(guò)是它們的光現(xiàn)在才被我們接受到。 所謂的穿越到過(guò)去,是對(duì)某一件事物來(lái)說(shuō),我們可以隨意的回顧它過(guò)去歷史中的任何一個(gè)時(shí)刻,而我們現(xiàn)在看到的過(guò)去,其實(shí)只跟一個(gè)天體和我們的距離有關(guān),我們并不能隨意的看一顆恒星歷史的任何一個(gè)時(shí)刻。 就拿太陽(yáng)來(lái)說(shuō),我們總是能看到它8分鐘前的樣子,而我們并不能看到它一年前的樣子,所以我們并沒(méi)有穿越太陽(yáng)的歷史。 而且在科學(xué)中時(shí)間是無(wú)法倒流的,它的方向只會(huì)向前,所以穿越到過(guò)去不過(guò)是一種科幻的想法,在宇宙中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 |
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來(lái)自: 宇宙時(shí)空探索 > 《待分類》