雖然大家都知道“光速不可超越”是現(xiàn)代物理學(xué)的一條鐵律,但是仍然有許多人試圖通過一些非常規(guī)的思想實驗來打破它,例如有一根1光年長的繩子,我在這一頭拉一下,另一頭就馬上會有所感知,或者是想象中的一個一步能跨越1光年距離的巨人……
需要指出的是,這些思想實驗大多都是經(jīng)不起推敲的,比如說在上述的兩個例子中,只有是絕對剛體的繩子,才能做到“我在這一頭拉一下,另一頭就馬上會有所感知”,但事實上絕對剛體是不存在的,而由于巨人的腿是有質(zhì)量的,因此他移動腿的速度就不可能超過光速(具體可參考“質(zhì)增效應(yīng)”)。
于是有人又提出了一個很有意思的思想實驗,即:假如電腦的屏幕有1光年寬,我們能讓屏幕里的鼠標(biāo)超光速移動嗎?下面我們就來討論一下。
我們在電腦屏幕上看到的圖像,其實是由一個個非常小的像素構(gòu)成,屏幕里的鼠標(biāo)當(dāng)然也不例外,而當(dāng)我們操作電腦設(shè)備移動屏幕里的鼠標(biāo)的時候,并不是構(gòu)成它的像素在移動,而是屏幕里相關(guān)像素的狀態(tài)改變給我們造成的錯覺,為了說明這個原理,我們可以來看一個簡單的例子。
上圖為一種常見的“跑馬燈”,在我們的眼中,它所制造的光影似乎是在快速地移動,但如果稍微仔細(xì)一點(diǎn)觀察的話,你就會發(fā)現(xiàn)“跑馬燈”的光源根本就沒有移動,它們只是通過自身狀態(tài)的改變來給我們制造了一種錯覺。
我們看到屏幕里的鼠標(biāo)移動也是類似的道理,簡單地講就是,當(dāng)我們操作電腦設(shè)備讓鼠標(biāo)從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)時,其實就是電腦程序讓屏幕里從A點(diǎn)到B點(diǎn)的路徑上的相關(guān)像素的狀態(tài)產(chǎn)生改變,從而讓鼠標(biāo)的圖像沿著這個路徑依次出現(xiàn)和消失,最終定格在屏幕里的B點(diǎn),于是在我們的眼中,屏幕里的鼠標(biāo)就動了起來。
現(xiàn)在我們回到主題,為了簡化問題,我們先將這個1光年寬的距離平均分成4份(如下圖所示),現(xiàn)在我們要做的是,先讓鼠標(biāo)的圖像從A點(diǎn)消失,然后讓它在B點(diǎn)出現(xiàn),接下來讓它從B點(diǎn)消失,再讓它在C點(diǎn)出現(xiàn),其它的點(diǎn)則以此類推,直到鼠標(biāo)的圖像定格在最后那個點(diǎn)(E點(diǎn)),這樣就可以給人營造出屏幕里的鼠標(biāo)沿著一個路徑移動的錯覺了。
可以看到,因為一個物體以光速從當(dāng)前的點(diǎn)運(yùn)動到下一個點(diǎn)所要的時間需要0.25年,所以我們只需要將“鼠標(biāo)的圖像從當(dāng)前的點(diǎn)消失再讓它在下一點(diǎn)出現(xiàn)”的時間控制在小于0.25年之內(nèi),就可以讓鼠標(biāo)的這種移動超過光速。按照這個思路,我們還可以將這1光年的距離分為很多很多份,分得越細(xì),鼠標(biāo)的移動就看起來越真實。
因此可以說,假如電腦的屏幕有1光年寬,那么從理論上來講,只要這臺電腦的性能足夠強(qiáng)勁,我們確實能讓屏幕里的鼠標(biāo)超光速移動。然而這種所謂的超光速移動實際上是沒有實際意義的,為什么這么說呢?
這是因為在每個點(diǎn)上的信息都是由電腦主機(jī)傳遞過來的,而在這些點(diǎn)之間是沒有什么聯(lián)系的,也就是說,“屏幕里的鼠標(biāo)圖像從當(dāng)前位置消失”與“屏幕里的鼠標(biāo)圖像在下一個點(diǎn)出現(xiàn)”這兩個事件,根本就沒有因果關(guān)系,在它們之間是無法傳遞信息的。
值得一提的是,由于這臺電腦的屏幕有1光年寬,如果它是平整的,那么無論在哪個位置觀察,這臺屏幕的各個區(qū)域反饋給我們光線都不會同時到達(dá),反過來講,電腦主機(jī)發(fā)送出的信息也不會同時到達(dá)這臺屏幕的各個區(qū)域,因此我們就不可能看到屏幕里的鼠標(biāo)在正常移動。
為了解決這個問題,我們必須將這臺電腦的屏幕設(shè)計成一個球面,而讓電腦主機(jī)以及觀察者處于這個球面的中心,這樣就可以讓屏幕的各個區(qū)域與我們之間的距離完全相等。一切準(zhǔn)備就緒之后,我們只需要大手一揮,就會在幾個月之后,觀察到屏幕里的鼠標(biāo)超光速移動的奇觀。
為什么要幾個月之后才能看到呢?這是因為這個球面屏的半徑很大(大約為0.16光年),以至于信息從電腦主機(jī)到屏幕上的相關(guān)區(qū)域需要很長的時間,而屏幕反饋給我們的光線也同樣如此。
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