光的本質是電磁波,它既然能傳遞電磁力,也可以傳輸資訊,例如我們日常生活中看到的所有力的作用,例如你拿起了手機、拿起了杯子、汽車在路上跑等等,這些行為說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造和運動。
光(電磁波)作為資訊的載體,它也是宇宙中傳輸資訊的基本形式;
例如我們的使用無線網路、光纖都在電磁波在傳遞資訊,還有我們生活中“看”這個行為,其實也是電磁波傳遞資訊的典型代表。
我們知道電磁波波普非常的廣泛,從波長極短的伽馬射線一直到波長數百米的無線電,而我們眼睛能夠看到的波長範圍只有400nm到700nm之間這個極小的波段。
這就是我們常說的可見光,我們眼睛就像是一個光訊號接收器一樣,可以接收這個波段的光子,還能辨別出不同波段的顏色,所有我們才看到這個花花世界。
在自然界有些東西它可以自己發光,有些東西它不能發光,只能反射光線,但無論哪一種只有這些光線進入了我們的眼睛,那麼光線就會把這個物體自身的一些資訊帶給我們。
這就是我們生活中“看”這個行為背後的科學道理。
那麼我們看到的物體都是它當下的狀態嗎?
我們知道不管啥東西,都會與我們有一點點的距離,就算你在看手機,那至少也得和你的眼睛距離40公分吧。
如果光傳遞訊號的過程是瞬時的,也就是光飛躍距離的速度是無限的,那麼我們此刻看到的所有東西,都是它的瞬時狀態。
但是真實的宇宙並不是這個樣子的,光有速度而且是一個有限的速度,每秒30萬公里,不管它有多快,只要它速度有限,那麼我們看到的所有東西都是它過去的樣子。
例如我們看到的月亮是1.28秒之前的,因為光需要花這麼多的時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去的狀態。
太陽也一樣,我們看到的是8分鐘前的太陽,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。
那麼反過來從這些星球上看地球,根據距離的不同我們也可以看到不同時期地球的過去。這一點沒有錯,理論就是如此。
那麼我們站在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,它們現在接收到的地球反射的光線確實是2200年前的,因為地球上反射的太陽光必須花2200年才能達到哪裡,才能被哪裡的人看到。
如果它們看地球的話,地球的夜晚不會燈火通明,因為那時還沒有電燈,地球的大氣可能更加純淨,因為人類還沒有進入工業時代。
可以看到處在戰國時期的中國,可以看到秦始皇一統六國等等過去的這些地球歷史,這在科學理論上完全沒有錯。
但是現實情況下卻無法辦到。甚至在2200光年外,都很難看到地球的存在,更不用說去看清它上面有沒有燈火,有沒有建築,看清它的大氣,看清一個人的存在。
因為地球本身不發光,它不是一顆恆星,只能反射太陽光,所以地球的本質亮度很低,而且我們還知道一個物體的亮度會隨著距離的增加而成倍的衰減;
這是因為一個物體發出的光隨著距離的增加,會擴散到越來越大的面積,那麼單位面積內的光子數量就會減少。
例如距離增加一倍,亮度就會減小兩倍,當年旅行者1號在結束行星探測計劃以後,在距離地球64億公里的地方轉過身還拍攝了一張地球照片。
在這張照片上地球只是一個藍色的小點,大小隻有一個畫素。64億公里地球的光度已經衰減成了這個樣子,更何況2200光年外。
如果真的在2200光年外有一個智慧生命,它用足夠先進也足夠大的望遠鏡在對準地球觀察,就算持續曝光數月的時間,估計也無法接受到來自地球的一顆光子。
言外之意就是,在這個距離上不管是使用任何手段,都無法看到地球。因為地球反射的光子已經擴散到了足夠廣闊的空間內,無法用望遠鏡捕捉到任何一個有用的光訊號。
就算捕捉到了一兩個光子,這些光子也是無用訊號,原因是光子在飛行途中會被宇宙中的塵埃反射、吸收再發射,所以數量稀少的幾顆光子,根本無法提供任何有用資訊。
連地球都看不見,更別說地球大氣層以下發生的事,就算我們現在火星上架一架望遠鏡,也不能保證能對地球上的某一個人進行成像。
所以說,理論上地球2200年前的光現在剛到2200光年外,它們看到的地球就是2200年前的樣子。但是理論和現實不一樣,現實是我們甚至看不到地球的存在。
原因總結起來就是:距離越遠光子會越分散,單位面積內的光子數量會減少,光度就會降低,解析度也會降低。這就是為什麼望遠鏡的口徑對望遠鏡成像非常關鍵,畢竟口徑大可接受到的光子數量越多。
其次就是光子在飛行的時候還會與其他的物體(如塵埃)發生相互作用,要麼被反射要麼被吸收,導致有用資訊的光子數量會進一步減小,甚至直接被塵埃雲完全遮擋住,無法穿透。
這就是我們為何看不到地球,看不到秦始皇的原因,說實在的,2200光年外,也就能看到太陽,而且太陽也不過是一顆暗淡的恆星,我們只能透過對太陽進行光譜分析來了解它的質量和成分。
看到宇宙過去的狀態算不算是穿越到了過去?
這其實也不能算,我們只要往宇宙中看,我們看到的星星都是過去的樣子。但這並不代表我們穿越到了它們的過去,只不過是它們的光現在才被我們接受到。
所謂的穿越到過去,是對某一件事物來說,我們可以隨意的回顧它過去歷史中的任何一個時刻,而我們現在看到的過去,其實只跟一個天體和我們的距離有關,我們並不能隨意的看一顆恆星曆史的任何一個時刻。
就拿太陽來說,我們總是能看到它8分鐘前的樣子,而我們並不能看到它一年前的樣子,所以我們並沒有穿越太陽的歷史。
而且在科學中時間是無法倒流的,它的方向只會向前,所以穿越到過去不過是一種科幻的想法,在宇宙中無法實現。