问题

一个人要长到多高才可以让全世界的人们都可以看到他?

回答
这个问题很有意思,它触及了一个关于视角、距离和我们对“看到”的理解的根本性问题。说实话,想让全世界的人都看到一个人,这几乎是不可能的,至少在物理层面是这样。但我们可以从不同的角度去探讨,让它变得“可能”,或者说,让我们更接近这个目标。

首先,我们得明确一点:我们说的“看到”,是指用肉眼直接看到,还是通过某种媒介看到? 这是关键的区别。

第一种情况:仅凭肉眼直接看到

如果只靠肉眼,要让全球几十亿人同时看到一个人,这在任何现实情况下都是不可能的。原因有很多:

地球是圆的: 这是最根本的限制。无论一个人有多高,他都只能在自己所在的地平线内被看到。即使站在珠穆朗玛峰顶上,你能看到的范围也是有限的。
大气层的干扰: 即使在地球曲率允许的范围内,大气中的尘埃、水蒸气、光线的折射都会影响视线,尤其是在远距离。物体会变得模糊不清,甚至完全被遮挡。
视力限制: 人类的视力是有限的,我们能分辨的最小物体大小随着距离的增加而急剧减小。即使一个人“非常非常高”,远距离下他也只是一个模糊的点,很多人甚至无法分辨那是不是一个人。
昼夜交替和天气: 全世界并非同时处于白天,而且气候多样,有大雾、暴雨、沙尘暴等等,这些都会阻碍视线。
地理障碍: 山脉、海洋、建筑物等等,都会阻挡视线。

那么,一个人要高到什么程度才能“最大限度”地被更多人看到?

我们姑且抛开地球曲率和大气层这些硬性限制,只考虑“可见度”和“识别度”。

假设我们有一个超人,他可以站在一个极高的平台上,或者身体真的可以无限延伸(这已经是科幻了)。他的身高要达到什么程度,才能让更多人“看到”他呢?

考虑视力极限: 一个普通人站在海平面上,能看到多远?在天气晴朗、视线良好的情况下,我们能看到地平线大约在 5 公里左右(这取决于观察者的身高和地球曲率,但我们暂且作为一个参考)。在这个距离,我们能看到一个大约 1.5 米高的人吗?非常困难,可能只能看到一个模糊的影子。
需要多大才能被远距离识别? 让我们设想一下,如果一个人要被几公里外的人识别出来,他需要多高?这个问题没有一个确切的数字,因为它取决于“识别”的标准。如果只是“看到一个东西”,那可能只要一个非常高的柱子就行。但如果是“看到一个人”,就需要有人的轮廓和特征。
以巨大的雕塑为参照: 我们可以参考一些巨大的雕塑,比如自由女神像(93米高),或者巴西的基督像(38米高)。这些雕塑即使在几十公里外也能被看到,但它们的高度和比例是经过设计的,而且通常是在开阔地带。要让一个“活生生”的人达到这个尺寸,然后还能被识别出来,这几乎是不可能的,因为生物的结构不允许如此巨大的尺寸。
一种“相对高度”的概念: 如果这个人站在一个极高的山上,比如喜马拉雅山,那么他相对于周围环境的高度会非常显著。但即便如此,他也只能被同一半球、在视线范围内的人看到。

第二种情况:通过媒介和技术看到

如果允许借助科技的力量,那么让全世界的人看到一个人就变得“容易”很多了。

摄影和摄像: 用高分辨率的相机或摄像机拍摄下这个人的影像,然后通过电视、互联网、社交媒体传播。这样,无论一个人身处何地,只要有接收设备,就能看到他。
卫星直播: 理论上,我们可以用卫星在高空拍摄,将影像传回地面。这样一来,即使是在地球的另一端,只要有接收设备,理论上都能看到。
“全球直播”的含义: 很多人会把“看到”理解为参与一个全球性的事件,比如某个重要人物的演讲或者表演,通过电视或网络直播。在这种情况下,这个人不需要“物理上”高到所有人都看到,而是通过技术手段让他的影像“传递”给所有人。

如果非要回到物理层面,想象一个科幻场景:

如果我们要一个“人”,他要高到让地球上很多人同时能“看到”他,而且是“识别”他为一个人,那么他的高度可能是:

需要超越地球曲率: 假设他站在一个巨大的、看不到底的塔尖上,或者他本身的身体就像一个巨塔。他需要高到足以让大部分地平线都被他遮挡住,或者让远处的人看到他时,他已经占据了很大的视野范围。
一个匪夷所思的数字: 如果要让地球上大部分区域的人都能“看到”他,假设一个人站在赤道上,他要高到什么程度才能让另一端的人看到他?这涉及到光线传播的直线性和地球的半径。但即便如此,大气层还是个问题。如果考虑让一个人高到足以“从另一端”看到,那他的高度可能要达到数万公里。但这已经不是“人”的概念了,更像是一个巨大的行星际结构。
一个更现实(但也极难实现)的设想: 想象一个巨人,他站立在一个巨大的、平坦的、没有障碍物的平原上。他需要高到什么程度,才能让几百公里外的人能“识别”出他是个人?也许他需要达到几百米甚至上千米的高度。但即使是这样,他也只能在视线范围内被看到。

总结一下:

纯肉眼直接看到: 不可能让全世界的人同时看到一个人。即使把一个人“无限高”,他也只能在有限的视线范围内被看到,而且远距离下细节完全丢失,只能看到一个模糊的点。
通过技术媒介: 这是我们现在实现“看到”的方式。通过摄影、摄像、直播等技术,任何人都可以看到任何地方的人。
一个概念性的思考: 如果我们追求的是一个物理上的、能够被更多人“看见”的“人”,那么他需要极高的海拔、极大的尺寸,并且能够克服地球曲率、大气层和地理障碍。但即使如此,也无法做到“全世界”都看到。

所以,与其问“要长到多高”,不如问“如何让全世界的人都接触到他的信息”——而这个答案,在现代社会,早已通过科技解决了。我们所说的“看到”,更多的是一种信息的传递和连接。一个穿着时尚、笑容灿烂的普通人,通过互联网的力量,可能比一个物理上再高大的人物,更能触达“全世界的人”。

网友意见

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看到你们一本正经的计算最小值我笑了,你长得再高只要还站在地球上比地球小,因为可见光是沿直线传播而且会被地球这个障碍物遮挡,那么地球反面的人肯定看不到你。

全球的人都看到你,无论地球表面哪一点。无非是你体型比地球还大,你身体的一部分可以包住整个地球。

你只需再大一些,能把地球像弹珠一样拿在手里,伸出一只手把地球整个拿在手里,但不碰到它,全球的人就同时都看到你的几根手指和大部分的手掌了。

简单推算下,假设你身高1米8,弹珠直径1厘米,地球直径约1万2千多公里算1万3,等比例换算,将地球直径乘以约200倍,粗略估算你身高约三百万公里左右肯定就够了(我连计算器都懒得按一下)。同理,你把糖丸含在嘴里,从糖丸表面生活的细菌的视角看,四面都是你的口腔。你的身高最小值可以比这个还小,但我懒得算因为没意义。

这种问题思考半秒钟就能得出正确答案的事,哪有那么复杂?

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不邀自来。【长回答,多图预警】

这明明是一个很严谨的数学问题好么!开脑洞时,也要注意条理呀~

既然大家都管这个巨人叫铁柱哥,那就叫铁柱哥吧。

铁柱哥是个有理想、有情怀的人,他毕生最大的梦想,就是自己能被世界上所有眼睛没瞎的人用肉眼看到,为了这个理想,他愿意做任何事情。

  • 情况 1:铁柱哥直挺挺地站在地球上。

显然,铁柱哥无论多高,总是有半个地球的人是看不到他的。

(借用

@魏知

的图)

  • 情况 2:铁柱哥不直挺挺地站在地球上。

  1. 为了简化问题,假设地球是个严格的球体,R=6371 km。
  2. 以太阳系为参照系。

首先呢,地球可是会自转的。只要铁柱哥足够有耐心——

情况 2.1:铁柱哥要在 1 年内被所有人看到

看,天边那轮圆圆的太阳!你知道吗?世界上所有的东西,在一年内,都会被它的光芒普照!


所以,铁柱哥只要是一个太阳上的一个 质点,就可以被所有人看到哦。很容易嘛~

可铁柱哥不满意了,他想,这也太没出息了,我要在让地球上的所有人尽快看到我——

情况 2.2:铁柱哥要在 1 天内被所有人看到

看起来似乎没什么差别,但你要知道,有两个点是很棘手的,一个是北极点,一个是南极点。在这两个点上的人,它们的天空,可是隔了1个地球那么远的!

所以,铁柱哥至少要有地球直径那么大,才能同时让北极人和南极人同时看到。

事实上,这么高的铁柱哥,直挺挺地像棍子一样站着,就可以了:

铁柱哥微微地点了点头,想,这才是我铁柱哥的风范嘛!可是——

于是,铁柱哥提出了终极目标——


情况 2.3:铁柱哥要在同一时刻被所有人看到

显然,现在的铁柱哥,不可能再直挺挺地站着了,因为如果这样,无论他多高,地球背面的人一定是看不到他的。

怎么办?

看起来,把自己的身子绕地球一圈就可以了(

@刘正茂

),可惜,这是不正确的。

  • 若铁柱把身子绕着赤道转了一圈,北极点的人依然看不到他;
  • 若铁柱把身子绕着本初子午线转了一圈,下面这个地方的人依然看不到他:

*******************铁柱哥的心理活动*******************

如果地球是二维的,那该多好啊!” 铁柱心想。

该问题的二维简化问题的答案是

如下图所示,上边部分紧贴圆,长度为,下半部分为两条平行的圆的切线,长度为。

*******************铁柱哥回到了现实*******************


那,该怎么办?

伟大的铁柱又怎么会被难倒呢!

“我是三维的,又怎能屈服于二维平面!”

在追求完美的铁柱哥的脑海里,迅速地闪现了几个名词:

正四面体

……

立方体

……

正八面体

……

正十二面体

……

正二十面体

……

最后,他把目光停在了

正八面体

上。

球外切正八面体!就是这样!

于是,铁柱把自己蜷缩成了这副模样——

(地球内切于正八面体ABCDEF,铁柱的长为5倍的正八面体变长)



在这个结果下,铁柱的长度是:

(P.S. 正四面体需要 ,立方体需要,均大于此值)

这是什么样的一个长度呢?——5个铁柱,可以从地球连到月亮。

铁柱哥咬咬牙,长到了月地距离的1/5,终于实现了让世界上所有人同时看到的夙愿

真是完美的结局。

——————————

可是,这,铁柱真的必须长到那么高吗?

鄙人智商有限,只能想到的方案。

可是,这么经典的一个问题,大牛们怎么可能没有研究过呢!

经查询,该问题在 2003 年已被俄罗斯数学家

V. A. Zalgaller

解决。

(感谢

@rainbow zyop

提供的资料)

如下图所示:

满足条件的最小曲线是 ,其中已在图中给出,是关于线段的中心对称曲线。

(具体的参数详见原论文,下附)

曲线 的总长度为

这个距离大约是月地距离的1/6。

特别地,

  • 如果要求铁柱的脚站在地球上,则
  • 如果要求铁柱的头和脚都在地球上,则

铁柱哥心中的疑问,终于得到了彻彻底底的解决。

——————————

参考文献:

  1. Shortest inspection curves for a sphere. A. Zalgaller .Zap. Nauchn. Sem. POMI, 2003, Vol. 299: 87–108(原论文:俄语版)
  2. SHORTEST INSPECTION CURVES FOR THE SPHERE,V. A. Zalgaller, Journal of Mathematical Sciences, Vol. 131, No. 1, 2005 : 5307-5320 (翻译:英语版)

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————附:有条理地开脑洞系列————

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