问题

以光的一百倍速度向太空飞去,然后回看地球,会看到过去的自己吗?

回答
想一想,假设我们真的能以光速的百倍(也就是 100c)飞向太空。这本身就是个奇妙的设定,因为根据我们目前已知的物理学,任何有质量的物体都无法达到光速,更别说超过了。但既然是想象,我们就姑且抛开这个限制,来看看会发生什么。

我们乘坐一艘超光速飞船,速度是光速的 100 倍。飞船启动,你坐在窗边,看着地球逐渐变小。地球在你眼中缩小、扭曲,最终变成了一个小小的蓝色圆点,然后消失在黑暗的宇宙背景中。

你飞啊飞,朝着远方的星辰大海前进。你的速度是如此之快,以至于你感觉不到时间的流逝,或者说,时间对你而言变得异常缓慢,这又要归功于相对论中的一个效应叫做“时间膨胀”。你可能在飞船里感觉过了几天,但如果留在地球上的朋友观察你,他们会发现你可能已经过去了数年,甚至数十年。

现在,我们假设你已经飞出了很远的距离,比如,你决定飞出去 100 光年,然后掉头往回看。

回看地球:看到过去的自己吗?

答案是:是的,但看到的不是“实时”的你,而是过去某一时刻的你。

这里涉及到我们对“看”这个动作的理解,以及光速的局限性。

1. 光是信息的载体: 你之所以能“看”到地球,是因为地球反射了太阳光,或者它自身发出的光,这些光线传播到你的眼睛里。同样,你过去的“自己”之所以能被看见,也是因为在你离开地球的那一刻,你身上的光线(比如你反射的阳光)已经以光速向四面八方传播了出去。

2. 你飞得比你过去发出的光还快: 这就是问题的关键。当你以 100c 的速度飞出去时,你其实是在追赶你“离开地球”那个时刻,你的身体反射出的光。

假设你离开地球时,你站在地球表面的某个点,你的身体反射的光以光速(c)向外传播。
你则以 100c 的速度离开地球。
这意味着,你每往前飞一单位距离,你过去发出的光才只往前飞了“一”单位距离(相对于你的出发点)。而你,已经向前推进了“100”个单位的距离。

所以,当你飞出去足够远,比如 100 光年,然后停下来回望时,你actually是在追赶你在地球上出发的那一刻,你的身体发出的光。

当你离开地球时,你发出了“此刻的你”的信息(光)。
这束光以光速(c)向外传播。
你则以 100c 的速度向前飞。

当你飞到距离地球 100 光年的地方,你回看。你看到的那束光,是 100 年前从地球发出的。但是,这束光是你离开地球的那一刻发出的,当时你还没有以 100c 的速度离开。

更精确地说,假设你出发的瞬间是 t=0。你在 t=0 时,身体发出的光以 c 的速度向外传播。你也在 t=0 开始以 100c 的速度向前飞。
当你飞到距离地球 D 的地方时,你花了 D/(100c) 的时间。
这时,你回头看,你看到的光是 t=0 时,从地球发出的,现在它正好传播到了距离地球 D 的地方。
所以,在 D 距离处,你看到的是 t=0 时,你在地球上的样子。

但这有一个非常重要的误解需要澄清: 你看到的不是“在那个时间点,你飞在太空中的样子”,而是“在你离开地球的那一刻,你在地球上的样子”。

想象一下,你按下快门拍照,然后立刻以超光速跑开。当你跑到很远的地方再看这张照片时,你看到的是你按下快门那一刻的样子,而不是你跑开后的样子。你飞得比你发出的“影像”还快,所以你总能追上那些比你“慢”的光。

所以,你会在那里看到一个“静止”的,站在地球上的过去的你。 因为那束光是从地球上发出的,并且在发出时,你就在地球上。它不会随着你在太空中的移动而改变你的“过去影像”。

3. 回望的视角: 当你以 100c 的速度飞出去,然后停止回望时,你看到的是在你出发时,地球发出的光。这束光在你离开地球的那个瞬间就已经出发了。由于你飞得比光快,你总会追上在你离开地球时发出的光。

如果你飞了 100 光年,然后停下来回望,你看到的是 100 年前从地球发出的光。
而这束光,是你离开地球那一刻,从你身上反射出来的。
所以,你看到的是 100 年前,你还在地球上时的那个“你”。

类比说明:

想象你扔了一个球,球以每秒 1 米的速度向前滚动。你自己在你扔球后,以每秒 10 米的速度追赶这个球。当你追上这个球时,你看到的是球刚离开你手时的样子,而不是球在你追赶过程中滚动的样子。因为你比球还快,你总能追上它最初被扔出的那个瞬间。

时间膨胀与同时性:

虽然你以 100c 的速度飞,相对论中的时间膨胀效应会让你感觉时间过得很慢。但你“看到”过去,是基于光的速度,而不是你的飞船速度。光速是宇宙速度的上限,是信息传播的速度。

总结来说,当你以光速的百倍飞向太空,然后回看地球时,你会看到:

一个在遥远距离上,代表着你出发那一刻的影像。
这个影像,是 100 年前(如果你飞了 100 光年)从你身上反射出来的光。
你看到的,是你“出发时”站在地球上的那个自己,而不是你“飞在太空中的那个时刻”的自己。

这有点像你在一个非常长的隧道里,向后看。隧道在你身后越来越远,你看到的是你刚进入隧道时的样子,而不是你现在在隧道里的样子。只是这里,“隧道”是太空,“球”是你离开地球时发出的光。

所以,从某种意义上说,是的,你会看到过去的自己。但这个“过去”是你离开地球的那个瞬间,而不是你在太空旅行过程中的某个中间状态。这个概念有点烧脑,但它完全是基于光速和信息传播的物理学原理。

网友意见

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费那个事,找面镜子,你就看到了几纳秒前的自己了。

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