公元前221年,秦始皇滅掉六國稱帝,距今已經2242年了,可惜在那個永遠的年代,沒有影像裝置,根本沒有辦法記錄秦始皇登基時的場景。大家知道,光線在宇宙中傳輸速度最快,每秒達到30萬公里,如果在較大的空間尺度來看,光線從一點傳輸到另外一點,仍然需要一定的時間,比如太陽光線從發出到達地球,需要8分20秒。那麼,理論上,假如我們能夠瞬間移動到距離地球2242光年以外的位置,是否就能目睹到秦始皇登基時的盛大場景呢?
眼睛看到的場景其實都是“過去時”
我們之所以能夠看到周圍的物體,原因就在於光線對人眼的刺激。拿太陽光來說,它本身是一種電磁波,是不同波長光線的組合體,從波長從短到長,依次包含著伽馬射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波,人眼能夠感受到的只是其中很少的一部分,即可見光部分。而可見光中,又包含著紅橙黃綠藍靛紫7種單色光。
當光線從光源處發出直接進入人眼,或者被物體反射後進入人眼,會透過人眼中的晶狀體進行折射,然後在視網膜上聚焦,繼而刺激視網膜中的感光細胞,其中人眼中的視杆細胞能夠感受到弱光以及沒有顏色的視覺,而視錐細胞能夠感受到強光以及帶有顏色的視覺,再透過視神經將這些光刺激的訊號傳輸到大腦中樞,經過資訊處理之後,最終形成關於物體的明暗、形狀、大小、顏色等基本特徵的判斷,我們便看到了周圍的物體,並且能夠掌握物體的基本狀態。
雖然光線的傳輸速度非常快,但是再快的速度,也架不住長遠的距離。光線從光源發出後,必須要經過一定的時間,才能傳送到我們的眼睛裡形成視覺資訊,所以理論上人眼看到的物體,都是一定時間以前的狀態,我們看到的物體嚴格意義上來說都只是它們的“過去時”。比如,我們在一個黑屋裡隨手開啟燈的開關,會在一瞬間看到屋子裡面亮起來,並沒有“延遲”的感覺,原因就在於屋子裡的物體距離我們實在是太近了,光線從燈發出來以及被物體反射之後進入人眼的時間,實在是太短了而已。
如果把光線的傳輸放到宇宙尺度上,那麼這個時間差就不能忽略了。比如月球反射太陽光線到達地球,差不多要1.3秒;太陽光線照射到達球,需要8分20秒;除太陽外距離地球最近的恆星-比鄰星,其發出的光線到達地球需要4.2年。距離地球越遠的星體,其發出的光線或者發射過來的光線到達地球,需要的時間就會越長。我們之所以張眼就能看到它們,並不代表光線傳輸是瞬間到達的,而是光線的傳輸是連續的,我們即時看到的,只是一定時間以前,從光源處所發出的光線,代表的是光源的“歷史”狀態。
看清物體的基本條件
剛才說到了,人眼能夠看到物體,從物體發出或者反射出可見光進入人眼,這一點是最基礎的。但是這個基礎條件的存在,並不意味著我們就完全能夠看清這個物體,還需要另外兩個必要的因素,否則我們仍然看不清楚物體的重要細節。
一個是視角的問題。只有視角達到一定程度,我們才能看清物體的基本輪廓和、形狀和大小,否則即使人眼能夠捕捉到從物體上發出或者反射的光線,也只能看到一個亮點而已。從人眼的生理機能看,理論上最小的視角為1分,只有超出這個數值,才能在視網膜上形成物體的像。
另外一個是解析度的問題。就如同照相機一樣,人眼要想看得清物體,在視網膜上成像也必須具備一定的解析度,否則只能是模糊的影象,無法辨別物體表面的細節特徵。
所以,人眼能夠看清物體,特別是要想觀測遙遠的天體,除了必要的光線以外,還得需要較大的視角以及較高的解析度。而人眼的視物存在客觀的極限性,所以當應用天文望遠鏡來觀測遙遠的天體時,相當於增強了人眼的生理功能,拓展了極限空間,提高了觀測的上限。越是先進的望遠鏡,我們觀測到的天體距離就會越遠,看到的景象就越清晰。
在2242光年外,能看到秦始皇登基的盛況嗎?
理論上當然是可以的,只要我們能夠瞬間移動到那個位置,只要我們擁有超強的觀測儀器,這都不是事。然而,恰恰這兩個“假設”,以人類目前的科技水平,是不可能達到的。
首先,從觀測儀器上看,我們目前最先進的天文望遠鏡,雖然可以接收到來自遙遠區域的天體所發射出來的光線,甚至這個距離可以達到幾十上百億光年,然而也僅僅是接收到微弱的電磁波訊號而已,根本無法探測到目標星體諸如大小、亮度等其它特徵。同時,按照目前天文望遠鏡的解析度指標,如果想看清2000光年外的天體,那麼望遠鏡的口徑,必須達到非常大的規模,甚至需要數光年的直徑,這很顯然是無法實現的。
其次,對於遙遠行星的觀測難度非常大。行星不同於恆星,它們不會發光,僅靠反射周圍恆星的光線,才有可能被我們所探知,而它的亮度,與同距離的恆星相比,要弱好多數量級,這也是為什麼我們截至目前能夠發現許多恆星,但很難發現太陽系外行星的根本原因。
與此同時,光線在宇宙空間中傳輸時,也會受到不同程度的“雜質”影響,比如塵埃、小行星、星際氣體等,從而產生相應的折射、反射等現象,有很多還會被吸收,所以從光源發出的光線,距離地球越遠,損耗也越嚴重,探測起來難度就越大。我們利用凌日法、引力透鏡等方法,固然可以間接地探測到較遠距離的行星,但是也極難得知其執行規律,更別提其表面的狀態了。
所以,即使我們可以瞬間移動到2242光年之外的區域,也沒有可以匹配觀測地球的巨型天文望遠鏡,根本無法目睹地球表面的形態,想要觀看秦始皇登基的盛況更是無從談起,甚至連定位地球都可能無法實現。