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1 # 範山岐
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2 # 喬小海
一個能照到月球的“手電筒/探照燈”是可以建造的,實際上,科學家正是用這種辦法測定月球到我們的距離的。首先用一臺有那麼一點像“手電筒”但是光束更聚集(鐳射)的儀器把訊號打到月球表面,然後再由專門的接收儀器測量從月球上返回的訊號,透過這個兩個訊號之間的時間差,就可以計算出月球到我們的距離。
為了更精確的測定月地距離,美國和前蘇聯的一些載人或者無人的月球登陸飛船還在月球表面放置了專門的反射鏡(下圖中間),這種反射鏡會比月球表面的塵土更好地反射來自地球的鐳射測量訊號。
上圖:美國阿波羅11號登月飛船的宇航員在月球表面放置的反射鏡。
美國宇航局(NASA)還專門發射了繞著月球轉的人造衛星,這樣我們在地面上用鐳射測量繞月衛星的距離,再結合衛星的軌道引數,也可以計算出月球的距離。
上圖:美國宇航局的鐳射測距實驗,兩道綠色的亮線就是打向繞月衛星Lunar Reconnaissance Orbiter的鐳射束。
值得注意的是,這種透過鐳射訊號測量距離的實驗,證明了光速是有限的,而不是瞬時的。不論是日常的手電筒,強大的探照燈,還是科學儀器發出的鐳射,都是以光速(約每秒30萬公里)運動的。那麼為什麼有人會覺得超光速了呢,其實道理很簡單,只不過是沒有分清楚所關注的物件,或者說一不小心臉盲了罷了。
假如有一對雙胞胎兄弟去參加百米賽跑,哥哥站在起點弟弟等在終點,當哥哥從起跑線上剛一開跑,弟弟立馬衝過終點線去,假設這個過程他們花了一秒鐘的時間,那麼觀眾會認為他們比飛人博爾特跑得更快嗎,國際田聯會承認他們哥倆創造了新的百米世界紀錄了麼?
答案當然是不會。因為我們知道雙胞胎哥哥和弟弟雖然長得很像,但卻是兩個不同的人,所以即使兄弟倆以百分之一秒的時間差分別到達距離3000公里遠的兩個地方,我們也不會覺得他們超光速旅行了。如果進一步的說,即使兄弟倆同時在兩個不同的城市生活,我們也不會覺得他們能瞬間移動,是不是?
題主所說的快速旋轉的探照燈也是同樣的道理,探照燈發出的每個光子都沒有超光速,只不過因為我們人類看光子的時候很容易發生“臉盲”,通常分不清楚光子和光子的不同,覺得這些光子都長得一個樣。如果把許許多多不同的光子都當成一個,就像把處於不同位置的雙胞胎兄弟當成一個人,就會覺得出現超光速甚至瞬間移動了。
其實宇宙比我們想象得更神奇,很多我們腦洞大開也想不明白的事情,宇宙已經做了億萬年了。比如說,天文學家們發現有一種叫做脈衝星(pulsar)的天體,能發出強大的脈衝訊號,可以看成是威力巨大的探照燈(請參考下圖動畫)。更神奇的是,其中有一些叫做毫秒脈衝星(millisecond pulsar)的脈衝星,可以在一秒鐘內自轉好幾百圈,發出的訊號即使在幾萬光年之外的地球也能接收的到,這可比一秒一圈、只照到月球的手電筒/探照燈給力多了。
如果你明白了雙胞胎兄弟跑百米的道理,就會知道這一圈你看到的光子和下一圈的光子不是同一批光子,所以談不上超光速,每一批光子都是正常光速運動的。
如果你想要用一根很長、轉得很快的棍子來超光速的話,也可以參考一下毫秒脈衝星的例子。天文學家們發現,即使他們提高儀器的時間解析度,也沒有找到比毫秒脈衝星轉的還快的脈衝星,這可能意味著毫秒脈衝星已經是轉得很快還不解體的極限了,再快一些就被轉散架了,這樣當然就沒法超光速了。
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3 # 王卓君
首先,這個問題非常好,能夠解答好幾個關於“光速恆定”的悖論。這個題目有幾個錯誤。
第一個錯誤是:題主用的手電筒是持續輸出光子的,就是說兩個手電筒每一個都是不間斷的在製造光子,而這裡有一個大多數人都有的誤區——可以照到38萬公里以外的地方就代表光速有38萬公里每秒嗎?
這個顯然是錯誤的,只能說是在手電筒的38萬公里以外可以看到手電筒在1.3秒以前發出光,另一端的38萬公里以外也是如此。
第二個錯誤:假設一個手電筒38萬公里以外的觀察者也可以看到另一個手電筒38萬公里以外的觀察者反射的光線,那麼這兩個觀察者相距76萬公里所看到的對方是有延遲的。這個延遲是2.6秒左右。
也就是說,把兩個能照38萬公里遠的手電筒反著連結起來以後,他們所發出的光子的前進速度不會變快,依然是約30萬公里每秒,如果在這條光柱的側方有一個觀察者的話,他看到的這條光柱確實是長76萬公里,但是這是持續照射導致產生了光柱,如果這兩個手電筒同時停止照射,那麼這個第三觀察者會發現,整條光柱在1.3秒的時間內像“導火索”一樣從中間向兩段燒完了。而手電筒38萬公里以外的兩個觀察者則會在手電筒關閉的1.3秒以後才知道手電筒關了,2.6秒以後看不到對面觀察者所反射的光。由此可知,光速在這76萬公里也並沒有加快。
第三個錯誤是:連結在一起的兩個手電筒一秒鐘轉一圈,它們所發射的光線卻沒有轉圈,只是發射的方向不同而已。這兩個手電筒只是在一秒鐘時間裡給半徑38萬公里的圓形發射了無數個光子而已。
題主應該就是糾結在這裡吧?這是一個悖論,因為從資料來看,就是一秒鐘走過了220萬公里的一個光圈,但是實際上這裡涉及到“光速對於任何觀察者來說都是定數”這個定理了。
還用第三觀察者來看吧,他會看到兩個手電筒一秒內轉了一圈,就像下圖:第三觀察者在圓錐體的尖部觀察圓形。他會看到一秒內這個光圈一秒鐘轉一圈,但是其實這只是不同的光子從圓的中間走到了圓邊被第三觀察者看到而已。
而對於兩個手電筒38萬公里以外的兩個觀察者來說,轉動手電筒的第一圈他們會看到以自己為原點,光在7秒鐘的時間內畫了一個⭕圈。(這只是資料上,其實他們什麼都看不到)
所以,光速並沒有變快,如果手電筒位置還有一個觀察者,他所看到的一秒鐘一圈的亮光是由無數個不同的光子組成的圈,而不是一個光源在一秒內照射了一個220萬公里的圓形?
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4 # 懷疑探索者
解答區的 @喬小海 說的是對的。她說,為了更精確的測定月地距離,美國和前蘇聯的一些載人或者無人的月球登陸飛船還在月球表面放置了專門的反射鏡,這種反射鏡會比月球表面的塵土更好地反射來自地球的鐳射測量訊號。這個裝置已經存在了多年,很好的反駁了美國登月陰謀論。美國登月陰謀論是形形色色陰謀論之中的一個而已,也已經流傳了幾十年之久,有的新華書店的書籍也在推銷這一路貨色,如果不是經常上科學網站學習,讀者確實是會上當的,會以為世界上真的有那麼多陰謀,會以為大自然界真的有千奇百怪的“未解之謎”。
陰謀論和偽科學的存在,說明在社會上確實存在了一定的市場。有人愛看,願意掏錢去購買這些宣傳陰謀論和偽科學的書籍,出版社才會願意去編造這些東西,那些下十八流的地攤作家才有功夫去拼湊亂寫一些瞎扯淡的文字。
那麼,為什麼這些人愛看呢?主要還是教育的原因。
這就是一個典型的民科思維。民科總是會以為,科學都是在錯誤的基礎上完善的。民科也總是會天真的以為,科學要依靠拍天靈蓋,靈機一現的所謂的“突破思維模式”。
回到正題,我們可以製造一個像電筒一樣照到月球的探照燈嗎?當然可以啊,天文愛好者的標配“指星筆”就是一種“探照燈”。當然,地球與月球距離太過遙遠,要求會更高。
用兩個探照燈尾部相連,行成一個76萬公里的光柱,請問,探照燈以每秒一圈的速度轉動,那麼光柱的兩端是不是以76萬乘以3.14,得約220萬千米每秒運動,光速才30萬千米秒,遠比光速快,求解?
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光速在真空中是恆定的,你說的意思是光柱類似於金屬柱體一樣,柱體中心轉一圈另一也會轉一圈,一秒內行程圓的周長大於光一秒所走路程就會超過光速。其實不是的,光是有速度的,你看到畫完一圈最後那一刻的光和剛開始始端的光不是同一術。手電筒開啟同時旋轉一秒後光並不能畫一個完整的圓圈。也可以理解為光柱彎曲了,不存在中心和外圍同時轉一圈