虽然大家都知道“光速不可超越”是现代物理学的一条铁律,但是仍然有许多人试图通过一些非常规的思想实验来打破它,例如有一根1光年长的绳子,我在这一头拉一下,另一头就马上会有所感知,或者是想象中的一个一步能跨越1光年距离的巨人……
需要指出的是,这些思想实验大多都是经不起推敲的,比如说在上述的两个例子中,只有是绝对刚体的绳子,才能做到“我在这一头拉一下,另一头就马上会有所感知”,但事实上绝对刚体是不存在的,而由于巨人的腿是有质量的,因此他移动腿的速度就不可能超过光速(具体可参考“质增效应”)。
于是有人又提出了一个很有意思的思想实验,即:假如电脑的屏幕有1光年宽,我们能让屏幕里的鼠标超光速移动吗?下面我们就来讨论一下。
我们在电脑屏幕上看到的图像,其实是由一个个非常小的像素构成,屏幕里的鼠标当然也不例外,而当我们操作电脑设备移动屏幕里的鼠标的时候,并不是构成它的像素在移动,而是屏幕里相关像素的状态改变给我们造成的错觉,为了说明这个原理,我们可以来看一个简单的例子。
上图为一种常见的“跑马灯”,在我们的眼中,它所制造的光影似乎是在快速地移动,但如果稍微仔细一点观察的话,你就会发现“跑马灯”的光源根本就没有移动,它们只是通过自身状态的改变来给我们制造了一种错觉。
我们看到屏幕里的鼠标移动也是类似的道理,简单地讲就是,当我们操作电脑设备让鼠标从A点移动到B点时,其实就是电脑程序让屏幕里从A点到B点的路径上的相关像素的状态产生改变,从而让鼠标的图像沿着这个路径依次出现和消失,最终定格在屏幕里的B点,于是在我们的眼中,屏幕里的鼠标就动了起来。
现在我们回到主题,为了简化问题,我们先将这个1光年宽的距离平均分成4份(如下图所示),现在我们要做的是,先让鼠标的图像从A点消失,然后让它在B点出现,接下来让它从B点消失,再让它在C点出现,其它的点则以此类推,直到鼠标的图像定格在最后那个点(E点),这样就可以给人营造出屏幕里的鼠标沿着一个路径移动的错觉了。
可以看到,因为一个物体以光速从当前的点运动到下一个点所要的时间需要0.25年,所以我们只需要将“鼠标的图像从当前的点消失再让它在下一点出现”的时间控制在小于0.25年之内,就可以让鼠标的这种移动超过光速。按照这个思路,我们还可以将这1光年的距离分为很多很多份,分得越细,鼠标的移动就看起来越真实。
因此可以说,假如电脑的屏幕有1光年宽,那么从理论上来讲,只要这台电脑的性能足够强劲,我们确实能让屏幕里的鼠标超光速移动。然而这种所谓的超光速移动实际上是没有实际意义的,为什么这么说呢?
这是因为在每个点上的信息都是由电脑主机传递过来的,而在这些点之间是没有什么联系的,也就是说,“屏幕里的鼠标图像从当前位置消失”与“屏幕里的鼠标图像在下一个点出现”这两个事件,根本就没有因果关系,在它们之间是无法传递信息的。
值得一提的是,由于这台电脑的屏幕有1光年宽,如果它是平整的,那么无论在哪个位置观察,这台屏幕的各个区域反馈给我们光线都不会同时到达,反过来讲,电脑主机发送出的信息也不会同时到达这台屏幕的各个区域,因此我们就不可能看到屏幕里的鼠标在正常移动。
为了解决这个问题,我们必须将这台电脑的屏幕设计成一个球面,而让电脑主机以及观察者处于这个球面的中心,这样就可以让屏幕的各个区域与我们之间的距离完全相等。一切准备就绪之后,我们只需要大手一挥,就会在几个月之后,观察到屏幕里的鼠标超光速移动的奇观。
为什么要几个月之后才能看到呢?这是因为这个球面屏的半径很大(大约为0.16光年),以至于信息从电脑主机到屏幕上的相关区域需要很长的时间,而屏幕反馈给我们的光线也同样如此。
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