光速运动下的视觉效果

如果说光锥之内就是命运，那么当我们达到光速后又会发生什么？假设你乘坐一艘可以不断加速的飞船，随着速度的变快，你可能会认为你的身体将无法承受如此快的速度，但事实并非如此。 根据爱因斯坦的广义等效型原理，重力场与以适当加速度运动的参考系是等价的，所以在飞船中的你不会受到任何影响。 随着不断的加速，我们将会看到一个奇异的光形差景像，整个星空将在我们前方的视野中不断收缩，并随着前方光线的汇聚而变亮。与此同时，在我们的后方将会看到星空不断扩张，且亮度会变得越来越暗。 假设我们将时空看作是一个巨大的网格结构，在没有引力影响的宇宙区域中，空间是和时间垂直的其他 任何方向的集合，他们的结构都是笔直的，时间和空间会形成对称的直线网格。随着速度的加快，光型差会扭曲视野中的时空，使直线看起来变得弯曲，所有物体似乎都处于收缩状态。 如果此时我们用一个超级望远镜回望地球，就会看到神奇的多普勒效应。地球上的人动作变得越来越慢，地球上的每一秒也都需要更长时间才能到达我们。随着图像的宏移，地球的亮度也将逐渐变暗， 而在我们前方却看到一个与之相反的景象。由于飞船不断追赶前方的光线，从而发生了蓝仪现象，使前方的恒星变得越来越亮，其时间的速度也越来越快。其实这些只是由于接收光线的不同所带来的视觉变化而已。随着 这速度的加快，当逐渐接近光速时，就会触发不可逆转的物理现象，那便是爱因斯坦狭义相对论中的时间膨胀效应。我们的宇宙是一个由三维空间和一维时间所组成的四维结构。虽然在空间中，我们可以往任意方向移动，不会受到任何束缚， 但在时间中，所有物体都遵循从过去走向未来的直线，并迫使其永远无法回头。当飞船起飞后，他与地球共同朝着未来前进。但由于飞船逐渐接近光速，使其时空的轨迹逐渐与地球轨迹偏离，地球与飞船的时间轴将不再一致。 如果此时我们返回地球，就会发现飞船上的时钟要比地球上的时钟慢了许多。同时触发狭义相对论另一个重要的结果就是长度收缩 效应。当飞船不断加速，其长度会沿着运动的方向收缩。从飞船的角度看，整个宇宙都在向后移动，宇宙则会沿着我们的方向收缩。因此，我们到达目的地的距离比预期的要短得多。 此时所谓的距离变化已经不再是视觉上的错觉，而是真实的物理现象。飞船的速度越快，与目的地之间的距离就会越短。当接近光速时，数千光年的距离几乎可以瞬间到达，但对于地球上的人来说，已经过去了数千年。 为了进一步理解，假设有一颗行星以极快的速度靠近我们，他的尺寸将会收缩，因为我们看到的距离越远，就意味着我们看到更遥远的过去。从我们的视角看，行星背面所发出的光要比其正面发出的光更完 到达我们的视野，因此我们看到的行星似乎处于旋转状态。这种现象被称为特雷尔旋转。并且根据相对论，任何有质量的物体都无法超过光速，即使飞船不断的加速也只是在追赶光线而已。 虽然从地球上看，飞船已接近了光速，但对于光线而言，你依旧处于静止状态，并仍以不变的绝对光速离你而去。但广义相对论告诉我们，时空结构是动态的，可以以多种方式弯曲。我们假设将飞船放进一个气泡，并将其推动超过光速， 这就是科幻小说中的曲速引擎。此时不再是通过空间飞行器的缩放问题，而是推动空间本身的结构。此时的飞船处于静止状态，并在比光速更快的空间中进行冲浪，但目前人们认为这种技术 无法实现。由于制造一个曲速引擎需要大量的反物质，而这又是一种不存在于目前宇宙的物质形式，所以只能通过数学进行模拟计算。在这种情况下，如果我们从外面看区域，引擎似乎会凭空出现。时空的区域偏离了光线的轨迹， 形成了一个移动的透镜。透镜被分成两个部分，一个部分向前运动，另一个部分则反方向运动。当他靠近时，光的传播速度会慢于曲速引擎本身，导致光线还没有足够的时间到达我们，使我们接收到之前还没有到达我们的光和之后发射的光线。 从引擎内部，我们看到前面的空间被压缩，变得非常明亮，而身后的宇宙则看起来非常黑暗，整片天空会从我们视野中消失，因为后面的光线无法追上我，使得宇宙的追行区域永远无法被看到。

盯着屏幕，你现在看到的是一束光正在穿过可乐瓶。注意看拍摄的角度，竟然跟着光一起在移动，而且视角移动的速度看起来比光还要快。这怎么可能？要想追上光速，除非爱因斯坦的物理学失效了。 其实你被骗了，这根本不是拍出来的视频，这是算出来的。首先要搞懂为什么普通相机根本拍不到光速运动， 原因在于读取速度太慢。普通相机几千万个像素拍完第一张画面，要把这几千万个数据存下来，需要几毫秒。但就在这几毫秒里，光已经跑了几百公里，早就没影了。 等你准备好拍第二张，黄花菜都凉了，所以根本连不成视频。那怎么破局？科学家用了一招 time time 循环战术，他们造了一台只有一个像素点的瞎子相机，虽然只有一个点，但他反应极快，一几秒就能记一次数据。 然后科学家让那道光在瓶子里重复跑了几亿次。每一次光跑过，这个像素点，只记录画面上某一个点、某一个瞬间的亮度。第一次光跑过，记录第一那秒时瓶口那个点的亮度。第二次光跑过， 记录第一那秒时平脖子那个点的亮度。就这样，把几百万次光跑过的数据才拼成了视频的第一帧画面。然后再用同样的方法去拼第二针、第三针。 为了这一秒钟的视频，这台机器足足拼了几十分钟。所以这就像是拍定格动画，虽然光每次都是重新跑的，但在视频里看起来就像是连贯的动作。至于那个视角比光速还快的镜头，也是这么拼出来的。 科学家搬着相机，左边拍一堆素材，右边拍一堆素材，最后把这些不同角度的定格动画和承载了一起，就像黑客帝国的子弹时间，这是用无数个静止瞬间堆出来的动态。我们看到的不是现实中连续的光，而是数学构建出来的超感官世界。一万亿帧？听起来已经很吓人了对吧？ 但这在物理学家眼里依然太慢了，因为在这个速度下，我们也只能看清光的尾气。如果我们想看清比光更小更快的东西，比如电子是如何在原子内部跳跃的，那就需要把速度再提升一千倍，进入千万亿帧的领域。 在那里，我们将不再使用相机，而是要动用长达三公里的加速器。准备好烧脑了吗？咱们下个阶段见。

如果我们在宇宙中以光速前行，将会看到怎样震撼的景象呢？假设此刻你乘坐一艘可以不断加速远离地球的飞船，随着速度的加快，飞船会受到碰撞的风险就会增加，哪怕撞击到一粒尘埃，也会对飞船造成致命的打击。 所以必须在飞船前端配备一个引力场，这样才能保障我们此次旅程的安全。与此同时，随着速度的加快， 前方的星空似乎在我们的视野中逐渐收缩。为了理解这种现象，你可以想象一下，假设此刻你正在驾驶汽车行驶在下着大雨的高速公路上，雨滴原本是从高空垂直下落，但当汽车高速行驶时，雨水便会噼里啪啦的从前挡风玻璃上砸落，造成了一种雨滴从前方落下的错觉。 同样的，当宇宙飞船加速时，光线会大量汇聚在前方朝我们射来，这便是奇异的光形差现象。 由于光线在我们前方聚焦，亮度随之也会增加，与此同时，在我们后方的光线由于在不断扩张，亮度就会变得越来越暗。此时飞船正在通过一个巨大的时空网络结构，周围的空间和时间都是垂直的，但随着时间的流逝，光形差现象就会扭曲周围的时空， 使原本笔直的网格变得弯曲起来，视野也似乎在向前收缩。如果此时经过一个天体，他看起来像是旋转着经过飞船，这种现象便是可怕的特勒尔旋转。而如果此时我们使用一架超级望远镜回望地球，就会看到奇异的多普勒效应， 远在地球上的人们动作会变得越来越慢，而且地球上的每一秒也需要更长的时间才能到达我们。随着地球图像的宏移，他最终会消失在我们的视野中。这是因为当我们远离地球时，地球发出的光需要更长时间才能到达我们所造成的宏移线。 不过此时在我们前方将会看到一个与之相反的景象，由于行驶中飞船在不断追赶前方的光线，因此发生了难以现象，前方的星空会越来越蓝，其时钟运行的速度也会越来越快。 其实这些都是因为视觉差所造成的现象。不过随着速度的加快，当接近光速时，真的会触发无法逆转的物理现象， 那便是爱因斯坦侠义相对论中的时间膨胀效应。简单理解的话，我们所在的宇宙是一个巨大的思维结构，他由三维空间和一维时间组成。虽然在三维空间中，我们可以朝任何方向移动， 不会受到任何束缚，但在四维结构中，所有物体都必须遵循走向未来的线路。即便是飞船起飞后也是如此，他同样会与地球朝着未来前行。但随着飞船速度的加快，飞船与地球的时空轨迹会发生偏移，这将使他们的时间轴不再一致。假设 我们此时掉头返回地球，就会发现飞船的时钟要比地球上慢一些。与此同时，当飞船在宇宙中不断加速时，还会触发侠义相对论中的长度收缩效应，也就是飞船的长度会沿着运动的方向收缩。这是由于宇宙相对飞船来说在向后移动，因此我们达到目的地的距离会比预期中要短一些， 这不是光学效应，而是真实存在的物理现象。简单来说，我们的飞行速度越快，花费的时间也就越少，相对应与目的地之间的距离就会缩短。可能在短短几秒内飞行数千光年都是有可能的，但对于远在地球上的人们来说， 数千年已经过去了，可能屏幕前的你都觉得很不可思议。为了进一步理解这种现象，想象一下飞船此刻正在穿过一颗行星，当行星以极快的速度靠近我们时，他的轨道和长度将会缩短。不仅如此，我们看到的距 离越远，也就意味着我们可以看到更遥远的过去。由于行星背面与正面相对比来说距离我们更远一些，因此其背面发出的光需要更长的时间才能到达。飞船最终在我们的视角下看到的行星就像他在旋转一样，而这同样是特勒尔旋转现象。 遗憾的是，虽然飞船在意志加速，但相对论无情的告诉我们，任何有质量的物体都无法超越光速， 即便是已经非常接近光速，但光线仍然会以更快的速度从你面前逃离。而随着飞船的速度增加，前方的视野将持续收缩，直至为一个极小的亮点， 周围则是一片漆黑的空间。虽然飞船无法超越光速，但在广义相对论中，时空结构事实上是动态的，它可以多种形式进行弯曲。如果我们在飞船周围加壮一个曲速跑，利用引力场就可以将其推动超过光速，而这便是传说中的曲速 引擎飞船，他可以推动空间本身的结构前行，就像是在一块静止的空间上突破光速进行冲浪。但对于驱速引擎技术，目前还没有任何证据证明他在实际中的可行性。因为扭曲空间所需的反物质和暗能量可能在宇宙中根本不存在， 人们也只能通过模拟计算他的可行性。倘若取速引擎飞船真的存在，他将凭空出现在未知的区域中，其所造成的时空区域将偏离光线的轨迹，并形成一个移动的透镜，一部分向前运动，另一部分则朝相反的方向运动。不仅如此， 他所发出的光可能还没传播到五十虚速引擎飞船已经穿过了我们，这将导致我们可能同时接收到他尚未到达我们的光和窗户后留下的光。而从引擎内部， 我们将看到前方的空间被压缩，变得异常明亮，身后的空间则看起来一片漆黑，整片天空会从我们的视野中消失。由于我们正在超光速前行，导致身后的光线永远无法追上我们，最终使宇宙的追行区域永远不可见。

如果我们以光速移动，将会看到怎样一幅景色？相信这是每一个好奇心强的人都思考过的一个问题。本期视频我就带大家来体验一下从零加速到光速的整个过程。如果你只对相对论和光速感兴趣，那么请直接快进到五分二十八秒。 人类的步行速度是每小时四公里，慢跑时的速度为每小时八公里，自行车的时速是十五公里。平时看起来动作迟缓的考拉全速奔跑时的时速竟然可以达到二十公里，而同样看似笨重的河马，奔跑起来后的最高时速将达到四十公里。 最快的男人博尔特在百米冲刺时的时速是四十五点四公里，而家猫在全力奔跑时可以轻松超过博尔特。体型巨大的灰熊可以以 五十六公里的时速奔跑，所以当人类在野外被灰熊盯上时，是无法靠速度甩掉灰熊的。狼在捕猎时的最高时速可达到六十八公里，他们跑完一百米只需要五点三秒，并且他们可以长时间保持高速奔跑，以此类跨猎物 狮子被记录到的最高时速为八十公里。不过即使拥有如此高的速度，并且还是群体捕猎，他们的狩猎成功率也只有二至三成。体重六百公斤的金枪鱼可以轻松游出一百公里的时速。 陆地上奔跑速度最快的猎豹最高时速可达一百二十公里，他们的捕猎成功率可以达到四至五成。一种叫做牛萌的昆虫飞行速度可以达到一百四十公里每小时。兰博基尼、法拉利、保时捷等名牌跑车的最高时 速可以达到三百公里以上，商用客机是一般人可以做到的最快的交通工具，他们巡航时的时速一般在八百至九百公里之间。 比上用科技更快的战斗机可以超过音速标准，大气加小的音速为一千二百二十五公里每小时。在战斗机的飞行速度超过音速的一瞬间，会发生音爆现象，这时会产生一个震耳欲聋的巨响和可以震碎玻璃的冲击波。 在飞行史上，由于那时的人们还不知道音爆现象的存在，所以为对战斗机机身进行特殊加固，这时那时的飞机在超过音速时机身被音爆震碎，牺牲了不少飞行员。 拥有最大运载能力的火箭土星五号最高时速高达九千九百二十公里，所有的阿波罗登月任务都是由土星五号执行的。已经推 意了的航天飞机从宇宙空间返回大气层时的时速为两万七千三百六十公里每小时，这一过程是载人航天中风险最高的环节之一，需要有特殊的措施来保护航天飞机，以避免其受到燃烧、震动、冲击等损害。

如果我们以光速移动，将会看到怎样一幅景色？相信这是每一个好奇心强的人都思考过的一个问题。本场 期视频我就带大家来体验一下从零加速到光速的整个过程。如果你只对相对论和光速感兴趣，那么请直接快进到五分二十八秒。 人类的步行速度是每小时四公里，慢跑时的速度为每小时八公里，自行车的时速是十五公里。 平时看起来动作迟缓的考拉全速奔跑时的时速竟然可以达到二十公里，而同样看似笨重的河马，奔跑起来后的最高时速将达到四十公里。最快的男人博尔特 在百米冲刺时的时速是四十五点四公里，而家猫在全力奔跑时可以轻松超过博尔特。体型巨大的灰熊可以以 五十六公里的时速奔跑，所以当人类在野外被灰熊盯上时，是无法靠速度甩掉灰熊的。狼在捕猎时的最高时速可达到六十八公里，他们跑完一百米只需要五点三秒，并且他们可以长时间保持高速奔跑， 以此累垮猎物。狮子被记录到的最高时速为八十公里，不过即使拥有如此高的速度，并且还是群体捕猎， 他们的狩猎成功率也只有二至三成。体重六百公斤的金枪鱼可以轻松游出一百公里的时速。陆地上奔跑速度最快的猎豹最高时速可达一百二十公里，他们的捕猎成功率可以达到四至五成。 一种叫做柠檬的昆虫飞行速度可以达到一百四十公里每小时。兰博基尼、法拉利、保时捷等名牌跑车的最高时速 可以达到三百公里以上。商用客机是一般人可以做到的最快的交通工具，他们巡航时的时速一般在八百至九百公里之间。比商用客机更快的战斗机可以超过音速 标准，大气压下的因素为一千二百二十五公里每小时。在战斗机的飞行速度超过阴缩一瞬间会发生阴暴现象， 这时会产生一个震耳欲聋的巨响和可以震碎玻璃的冲击波。在飞行史上，由于那时的人们还不知道英暴现象的存在，所以为对战斗机机身进行特殊加固，这时那时的飞机在超过音速时，机身被英暴震碎，牺牲了不少飞行员。 拥有最大运载能力的火箭土星五号最高时速高达九千九百二十公里。所有的阿波罗登月任务都是由土星五号执行的。已经退役 的航天飞机从宇宙空间返回大气层时的时速为两万七千三百六十公里每小时。这一过程是载人航天中风险最高的环节之一， 需要有特殊的措施来保护航天飞机，以避免其受到燃烧、震动、冲击等损害。国际空间站 iss 以时速两万七千七百公里围绕着地球旋转二零二零年，国际空间站对一般民众开放了旅行业务。 如果你支付给 nasa 五千八百万美元，他们就可以把你送上空间站，并让你在太空中住上几晚。土星围绕太阳公转时，其平均时速为三万五千公里。土星要花三十年才能绕太阳一周。 载人飞行器阿波罗十号在从月球返回地球的过程中，最高时速达到了三万九千八百九十七公里，这是人类乘坐过的所有飞行器中的最 要。记住，阿波罗十号是载人登月的最后一次彩排，当时他离月球最近时仅有十五点六千米。除了最后的降落过程以外，阿波罗十号执行了真正的登月所需要完成的所有步骤。 木星绕太阳公转时的平均时速为四万七千公里，他绕太阳一周所需要的时间为十二年。一九七七年九月发射的旅行者一号是目前距离地球最远的人造飞行器， 他已经穿越太阳圈并进入了星际戒指。由于其次隐蔽加速，他现在的速度已经超过了第三宇宙速度，这意味着他的轨道再也不能引导自己返回太阳系。旅行者一号已经成为一艘星际航天器。 希克苏鲁伯陨石估算直径十至十五公里，他约六千五百万年前以时速七万两千公里 撞击了墨西哥尤卡坦半岛，释放出两百万倍于沙皇氢弹的能量。陨石坠落后引发大规模海啸，并使大量高热灰尘进入大气层，长时间遮蔽阳光， 使植物无法进行光合作用，导致食物链上层的草食性恐龙、肉食性恐龙灭亡。地球围绕太阳公转的平均时速 比稀客苏鲁伯陨石的坠落速度还快。从地球起飞的航天飞行器甚至可以借用地球的公转速度获得很大的初始速度。水星的平均公转时速高达十七万公里，他八十八天就会绕太阳一圈，是太阳系最小最快的行星。 哈雷慧星的最高时速为十九万八千公里，他每隔七十五年才能从地球上被观测到一次。于一九七六年发射的太阳探测。 太阳神二号飞行器在当时创造了人造飞行器的最大速度记录二十五万两千七百九十二公里每小时。拉萨于二零一八年发射的派克太阳探测器打破了太阳神二号的记录，时速达到了三十四万三千公里每小时， 是目前人造飞行器的最高时速。预计他在二零二五年最接近太阳时，速度将达到六十九万公里每小时。这一速度是光速的百分之零点零六四，宇宙中最快的速度，光速为十亿八千万公里每小时。 当我们渐渐接近光速时，科学家认为我们将看到以下景色，在我们前进方向上的事物将看起来都蒙上了一层蓝色，而我们身后的事物将看起来像蒙上了一层红色。这个现象是由光的多普洛效应引起的。具体来说， 前进方向上的光由于波长变得越来越短，所以会越来越接近蓝色。而身后的光由于波长越来越长，所以会越来越接近红色。当我们进一步加速后，由于光形差造成的影响， 这时所有的光都看似是来自我们前方。这个原理类似于下雨的时候，如果我们开着车在雨中高速前行，雨滴就看起来像是从前方倾斜落下一样。 同时，当移动速度接近光速时，还会发生落轮子收缩效应。所有存在于我们前进方向上的事物在我们看起来都将开始缩小。 当我们的速度接近光速时，被我们甩在身后的事物发出的光将开始追不上我们，所以我们所能看到的视野将会变得越来越小。同时，由于多普乐效应仍然存在，我们视野中的光其波长将越来越短，他们逐渐 从蓝色变为紫色，然后更进一步变为紫外线。也就是说，可见光将渐渐消失，虽然在理论上无法实现。如果我们的移动速度达到光速， 可见光将从我们眼前完全消失，这时的我们看到的将会是一片黑暗。

第一视角对比音速、光速和地震的速度。我们先从音速开始，空气中的音速大约为零点三四公里每秒， 声音不能在真空中传播，声音在水中传播的速度要比在空气中快四倍。 另一方面，声音在潮湿的空气中传播的比空气中稍快，可以增加大约十米秒。 再来看看地震，地震会产生两种类型的波， p 波的速度约为八公里每秒， s 波的速度约为三点五公里每秒，也就是说他们都要比音速更快许多。我们先感受一下 p 波的速度， 这是 s 波的速度。 那么光速究竟有多快呢？光速约为两百九十九点七九二公里每秒，仅仅是两秒就足以绕地球十五圈。

为什么镜头移动比光还快，却没违反物理？第一次看到这个画面，我敢说你八成会愣住。光在瓶子里一路往前跑，镜头只是轻轻一推，画面里那道光却像被甩在了身后。 那一瞬间，你脑子里会自动跳出一句话，这不可能吧？光速不是宇宙的红线吗？每秒三十万公里，没有任何信息，任何物体能越过去。 可现在，画面摆在你面前，不是动画，不是特效，是实拍。那到底是谁在撒谎？是物理，还是我们的眼睛？答案其实有点扎心，我们把重建出来的画面，误当成了当场拍到的画面。 要讲清楚这件事，我们得先穿越回一百年前。上个世纪二十年代，工厂里电机越来越普及，也越来越难伺候，电压一波动，电机就可能抽风冒火，甚至直接报废。 可偏偏最关键的出事那一下，没人看得清人眼追不上。相机一拍全糊，就像你用慢快门拍一个转的飞快的风扇，除了糊还是糊。当时在麻省理工学院，有个工程师叫哈罗德埃杰顿， 他也被这个问题折磨了很久。直到有一天，他注意到一个小细节，每次电路触发，设备都会啪的闪一下， 而就在那道闪光出现的瞬间，转的飞快的电机居然像被按了暂停键一样定住。这下他就明白了，问题不在相机，也不在电机，问题在光上。 我们总以为拍不清是因为相机慢，但埃杰顿发现，真正让画面糊掉的，是光亮的太久。只要光照的时间足够短，运动就来不及。在画面里拉出拖影，你就能把那一瞬间盯住。于是，他干了一件很反常但极聪明的事， 他把灯全关了，把相机快门一直开着。在完全黑暗里，快门开多久都没关系，因为没有光就不会成像。然后他只用一道极短极亮的闪光去点亮世界。这道闪光有多短？ 大约十微秒，一秒钟的十万分之一。在这么短的时间里，子弹都来不及明显移。 所以相机并不是冻结了时间，它只是把时间切了一刀，直取最薄的那一片。后来你看到的那些名场面，网球被拍扁、子弹穿过、苹果牛奶落盘炸成白色薄饼，都是这个思路的成果。 但这里有个关键前提，你一定要记牢，一次闪光只能拍一帧，清晰到爆，但只是一瞬。可人类从来不满足于一瞬， 我们想看完整过程，于是高速相机登场，一秒几万帧，几十万帧，听起来已经离谱的不真实， 但你会发现，高速视频往往不够细腻，画面有点糙。原因其实很朴素，相机每一个像素都要时间把数据读出来， 你真率越高，每个像素分到的读出时间就越少。就像你让一个人一秒钟写几万行字，他只能把字写的越来越潦草，甚至干脆少写点。 于是就出现了那个死结，要么清除弹慢，要么快弹弧。就在大家被这个死结卡住的时候，有人直接换了玩法， 他们说，如果画面本身就是负担，那我干脆不要画面，我每次只记录一个点行不行？这就是单像素相机，他每一帧只干一件事，数一数这一瞬间有多少光子打到传感器上，这一瞬间有多短， 一匹秒，一秒钟的一万亿分之一。在这段时间里，光只能走大约零点三毫米。 听起来像科幻，但你其实并不陌生。手机里的激光雷达也是同一类原理，发光等反射算时间差。新的问题马上就来了，一个像素怎么变成一张图？答案很不要脸，但非常高明，重复 同一个场景，同一束激光，同一个动作，重复上百万次。第一次只记录左上角， 第二次往右挪一点，第三次再往下一点。每一次单像素相机都在精确记录光什么时候到，反射回来用了多久。只要这个过程能做到完全可重复，你就可以用时间把空间一点一点扫出来。 就像你在黑屋里用手电筒照一幅画，你从没同时看到整张画，但最后你能把它拼完整。所以，你看到的所谓光速视频，从来不是一次拍出来的，它是无数次现实叠加出的结果。 这也是整件事最重要、最该记住的一句话，这不是拍的快，而是拍得多次。现在我们回到开头那个相机好像比光还快的画面。这里必须把话说清楚，没有任何物体，没有任何信息。真的超光速 相机没有跑得更快，光也没有变慢。你看到的镜头移动，本质上是我们在重建画面时，选择了一个在时间轴上移动的观察视角， 当这个视角移动的比光传播的方向还快，画面里的光就会显得像被盯在原地，甚至像被甩到后面。不是误理他了，是我们学会了在时间里换站位这个思路。被玩到极致的地方是斯坦福直线加速器中心 那里，把电子加速到接近光速，用飞秒甚至阿秒级别的 x 射线去观测分子内部电子密度的变化。这类成果已经公开发表在自然等顶级刊上，也被多所大学团队持续推进。 但不管技术多先进，它们都有一个共同前提，过程必须能重复，否则你连拼图的素材都没有。 所以说到底，相机从来没有超过光速。真正突破的是人类理解时间，利用时间的方式用重复，把时间拆开，用拆开的时间去重建你以为的现场。最后留你一个问题， 如果有一天我们真的能拍下一个完全不可重复的瞬间，那我们看到的会更接近现实，还是更接近我们对现实的想象？

你知道光速到底有多快吗？三十万千米每秒的速度，带你瞬间穿越天地。石家庄西三环到东三环二十七千米，光只要零点零零 零零九秒，转瞬即达。北京到广州一千八百千米光，仅用零点零零六秒。跨城路一万七千三百二十千米光，也才走零点零五七七秒。 绕地球赤道一周四万零七十五千米光，只需零点十三点三六秒，一秒钟光能绕赤道约七点四十八圈，整整七圈半。 地月相距三十八万千米光，往返都用不了三秒，单程仅一点二七秒。 地球到太阳一点五亿千米光，要走八分二十秒，这就是我们常说的八光分。太阳到火星，光也只需三分三秒就能跨越行星际空间。太阳到木星，七点八亿千米，光，仅需四十三分钟。穿越太阳系中轨。 太阳到冥王星，平均五十九亿千米光，要走五小时二十八分抵达科一博带内侧太阳到科一博带约一百亿千米光，需九小时多。 跨越太阳系小行星带外侧太阳到奥尔特星云内侧一千天文单位光，要走一点三九天。触达太阳系边缘 到外侧十万天文单位光，更要走一百三十九天，才算真正使出太阳系。这就是光速宇宙中已知的最快速度。从地球街巷到太阳系边缘，藏着天地间最极致的速度，浪漫。

一秒飞一光年，这艘颠覆物理法则的飞船，让宇宙探索变得前所未有的快速，然而这种速度带来的并非畅快淋漓的星际旅行，而是一场对宇宙尺度的残酷认知。在零点零零一秒内，飞船便穿越奥尔特云 太阳系，化作转瞬即逝的闪光。二十七点七小时后，银河系的旋臂从弦窗外掠过。十万光年的星系直径在飞船面前不过是一天的行程，但当目标转向二百五十四万光年外的仙女座星系时，旅程突然变得漫长，需要整整一个月。 星系在弦窗外仅是微小光斑，弦窗后方的银河系也逐渐缩小成光点，恒星间的星空开始显露出令人窒息的荒凉。 真正震撼的挑战，来自宇宙边缘的探索，可观测宇宙的半径达四百六十五亿光年，这需要飞船持续飞行一四七四年， 即使起用冷冻休眠舱，当飞船抵达边界时，等待它的仍是无尽的黑洞。宇宙并无实体边界，所谓可观测宇宙，不过是光在一百三十八亿年间能抵达的范围。 随着飞船移动，新的可观测气泡会不断生成，前方永远有四百六十五亿光年的视野，地球则化作遥远的过去。更残酷的是宇宙的膨胀， 飞船在飞行中不断追赶逃逸的星系，但宇宙的无限性或有限无界性让抵达终点成为伪命题。若宇宙是球形的，飞船或许会在无数年后回到起点。面对早已熄灭的太阳系残骸， 说宇宙平坦，无限旅程将永无止境。以三千一百五十三点六万倍光速飞行时，飞船将早已致命的物理效应，前方星光被压缩成毁灭性的扎马射线， 斜窗外的宇宙化作绝对黑暗中的一点致命光斑。这种速度带来的不是自由，而是被高能辐射气化的死亡。人类总幻想速度能征服宇宙，但数学用冰冷的数字解释真相，即便掌控光速九百三十亿光年的可观测宇宙直径，仍让生命沦为短暂的囚徒。 太阳系是摇篮，银河系是后院，本星系群是村庄，而真正的宇宙是漫无止境的荒原，它的宏大足以容纳所有想象，其冷酷却让所有野心显得可笑。 当我们仰望星空时，每颗闪烁的星辰都是永远无法触及的彼岸。这正是宇宙最迷人的悼论，浩瀚与虚无的完美统一。

光是信息传播的戒指，而在我们看到的星星，其实是他们在几万年前的样子。如果有一天我们能够跑的跟光一样快，那看到的世界会是什么样呢？ 要回答这个问题，可以从角度和内容来分别讨论一下。第一点，角度问题。当你以光速行驶时，身边的一切景物已经完全不是现在能看到角度了。举个例子，下雨天在雨里快步行走，会发现雨滴都是斜着打到脸上的，光线也不例外。当我们快速移动时，原本的光线方向对我们来说会发生偏转，这种现象叫做光行差效应。 并且我们运动的速度越大，偏转角度也就越大。等加速到光速时，大概就是这样一个效果，所有的景物都会挤到你面前的一小块区域里， 四周将会变成一片漆黑。说完了角度问题，下一个问题就是我们到底能看到什么？上面说到，由于天上的星星离我们太过遥远，我们现在看到的光很有可能是他们几万年前发出的。所以啊，假如说 我们跑的和光一样快，就能提前接收这些光，看到星体现在的状态。更关键的是，你完全可能追上过去地球发出的光。如果你追上十年前发出的光，你就能看到地球上十年前的样子。如果你跑的再快点，甚至能看到古代的地球的样貌，但是你看到的都是虚影，无法改变历史。 这听起来虽然挺有趣，不过遗憾的是，他是个伪命题，因为人体根本无法达到这样的速度。首先，只要是元素运动，无论速度有多快，对人体都不会有任何影响，但难的是加速过程中，人体的器官和体液在加速过程中会发生不同程度的位移，严重的便可以危及生命。 正常人最多只能承受六个 g， 也就是六十米每平方秒左右的加速度，经过训练的飞行员可承受九十米每平方秒左右，而光速是三十万千米每秒，需要让一个职业飞行员以九 g 的加速度连续加速四十天，估计没人能吃得消。其次，爱因斯坦在相对论中论述过， 物体的质量会随着速度的增加而增加，当人体达到光速，质量就会接近于无限大，此时想要继续加速就需要无限多的能量，人类技术根本无法攻击，这也是为什么至今除了光，任何物体都无法达到光速的原因所在。 看来通过加速穿越时空是不可能了，那利用加速让人体飞起来就像超人一样有希望吗？想要克服重力成功起飞，其中关键就是将重力转化为向心力， 而想要达到这点，就需要足够的速度来用三 d 动画做一个模拟，一个六十公斤的人，如果速度能够达到一千零二十米每秒，那么他就能够成功的利用悬崖飞起来，虽然比光速是差的远，但是也是因素的三倍了。除非是从及时的超音速飞机上打开舱门跳出来，否则依照现在的技术条件还是很难实现的。

好多人都会问，如果把人加速到光速，他会看到什么景象？哎？他会直接穿越吗？首先，给任何有质量的物体加速都不可能瞬间完成，哎，都需要一个过程。如果你从零开始逐渐加速到光速，你会先看到一个现象，叫星光相差 abrasion of starlight。 什么意思呢？你可以把摄像你的光线想象成落到你身上的雨点，正常雨点是竖直下落的对不对？但是由于你自身的运动，你会觉得雨点是从你前方斜着落下来的啊。同理，光也一样， 你在运动过程中会觉得本来来自四面八方的光会越来越往前面集中，然后呢，从你后面射过来的光想要追上你会越来越困难。 如果你是朝远离地球的方向飞，哎，回过头去看，你会觉得地球上的小伙伴动作越来越慢，这其实也是红衣和蓝衣产生的根本原因啊。后面的光追上你花的时间越来越 长，在你看来他的波长就越来越大，颜色就越来越红。同样，你会看到从你前方射来的光越来越蓝，前方星球上的外星人动作会越来越快啊。不过这些都只是光学效应啊，是你视觉上的错觉而已。 随着你的速度越来越接近，光速相对论开始显现。首先呢，是中慢效应啊，你会觉得全宇宙的时间都慢下来了， 这种变慢是真实发生，不可逆转的，你后方的景象会在中慢和红仪这两重效应下变得更慢。然后呢，就是齿座效应，在你的运动方向上，你会发现空间和空间里的物质会越来越扁， 好处就是你距离你前方的星球距离就缩短了，只要你足够接近光速，哪怕是另一个星期的星球，在你看来也在咫尺之间，你一瞬间就能到达。如果你真能达到光速啊，那么恭喜你，你身后的光再也追不上你了，你会 觉得漆黑一片，而你前方的光，根据刚才说的相差原理，他们会集中在你正前方一个无限小的光点上，周围也是一片漆黑啊。我觉得这个景象跟掉进黑洞里挺像的，所以在一个光子看来，整个宇宙可能就是一个大黑洞。 只可惜，根据相对论，任何有净质量的物体，相对于他的时空都没有办法达到光速，也就没法想象了。那么你知道有哪些方法可以超光速吗？

为什么说光速其实慢的可怕，而外星人找不到地球，可能就是因为光速太慢。你现在看到的太阳不是真正的太阳，而是八分钟前的太阳。如果此刻太阳爆炸，你还能安心的活八分钟，然后才会被烤焦。 你这辈子看到的一切都是假的，不是哲学意义上的假，是物理意义上的假。你看到的月亮是一点三秒前的月亮，你看到的北极星，还是四百三十年前明朝时候发出的光？整个宇宙都在给你播放延迟录像，而且延迟从几秒到几亿年不等。有些星星你看到的时候还在发光， 其实早就炸没了，但它的光还在宇宙里飘，像鬼魂一样。你以为在看宇宙，其实在看宇宙的历史遗像，你永远看不到此刻真正的宇宙，只能看到它无数个过去的碎片。外星文明看到的地球可能还是恐龙时代，但最颠覆的是， 光速这么慢，爱因斯坦为什么还说他是速度极限？答案藏在一九七一年的一块镜子里。那年阿波罗十五号的宇航员在月球上放了一面激光反射镜，科学家用激光打过去， 等光反弹回来，来回只要两秒多，听起来快的离谱对吧？但问题是，月球是你最近的邻居， 换成火星呢？单程最快三分钟，最慢二十二分钟，换成太阳系边缘呢？光要走五个多小时，换成最近的恒星比邻星呢？四年零三个月，你发现没有，光速从来没变过，每秒三十万公里， 变的是距离，而宇宙偏偏大的离谱。什么意思呢？意味着光速不是在限制你跑多快，而是在限制你和任何人联系的。离谱。什么意思呢？意味着光速不是在限制你和任何人联系的离谱，什么意思呢？意味着光速不是在。二零零四年一月四日，火星 精神号火星车刚着陆，全球直播， nasa 喷气推进实验室里一片欢呼，但首席科学家史蒂夫斯奎尔斯的脸是僵的，他盯着屏幕一动不动， 因为他知道，屏幕上的画面是十四分钟前的画面。精神浩此刻是死是活，没人知道。他后来在采访里说了一句话，每次我按下发送键，我就变成了历史。我们不是在操控探测器，是在给他写遗书，然后祈祷他能活着读完。这不是操控， 是在看延迟录像。你以为在开车，其实在看车祸回放。你以为这是火星的专属困境？ 不，这是宇宙的默认设置。二零二二年七月，韦伯太空望远镜传回第一批星空照片，其中一张拍到了一团红色光斑，编号， jadison。 一 三零天文学家看到后，集体沉默了。那团光来自一百三十四亿光年外宇宙大爆炸才一百三十八亿年。 也就是说，那道光是宇宙刚出生四亿年时发出的。他飞了一百三十四亿年，今天才到你眼睛里。更诡异的是，那个星系现在在哪，没人知道。他可能早就死了，变成了黑洞， 被撕碎了。但不管他变成了什么，你永远不会知道，因为现在的消息，还要再飞一百三十四亿年。那时候太阳早熄灭了，人类大概率已 已经不在了。说白了，你不是在观测宇宙，你是在看一段延迟了上百亿年的录像。宇宙现在长什么样？永远是还没传到的下一帧。但等等，最让物理学家睡不着觉的还不是距离，是一个叫因果律的东西。一九零五年， 爱因斯坦提出狭义相对论时，推导出一个让他自己都害怕的结论，如果任何东西超过光速，时间的箭头就会乱套。什么意思呢？你可以在结果发生之前看到原因，你可以在出生之前参加自己的葬礼，你可以在扣扳机之前就中枪。这不是科幻， 你发一条消息给时光年外的朋，如果消息超光速到达，你朋友有可能在你还没想发之前就收到原因和结果。反过来了， 物理学家叫它因果倒置。宇宙不允许这种 bug 发生，所以只能把速度陷死在光速。不是因为光速很快，是因为超过它， 整个宇宙的逻辑就崩了。光速不是速度上限，是宇宙的逻辑锁。那有没有办法绕开它？有人试过，一九九四年，墨西哥物理学家阿库别瑞提出 驱速引擎，你不用跑的比光快，让空间替你跑。把飞船前面的空间压缩，后面的空间膨胀，飞船被推着走。但他算了一下能量需求，所有人都闭嘴， 需要的负能量相当于把木星整个转化成能量，再乘以负。另一个方案是虫洞，但科学界至今在炒，虫洞到底能不能稳定存在？霍金说不行，索恩说可能行。没人知道谁对一扇一扇门全都锁着。 想到这，你可能觉得很绝望，光速这么慢，人类被困在这么小的角落有什么意义？但我想让你换个角度想，正是因为光速有限，你才能看到过去。认真想想，一百三十四亿年前的光，今天才到你眼睛里， 这意味着什么？意味着你的眼睛就是一台时光机。你抬头看星空，看到的不是一张静止的照片，是一段跨越一百三十八亿年的延迟录像。你看到的猎户座是六百年前明朝发出的光。 你看到的仙女座，是二百五十万年前人类祖先还在非洲打猎时发出的光。每一颗星星都是一个时间戳，近的是现在，远的是过去。宇宙把自己的全部历史叠加在你眼前，像一层一层的洋葱。 如果光速是无限的，你抬头只能看到现在一个静止的瞬间。但正因为光速有限，你才能看见宇宙从出生到现在的全部录像。这不是囚禁，是宇宙给观察者的礼物。而且物理学家最近发现了一条裂缝。二零二二年，诺贝尔物理学家颁给了量子纠缠研究。 科学家证明，两个纠缠的粒子不管隔多远，测量其中一个，另一个会瞬间响应。不是光速，是瞬间。爱因斯坦活着时把这叫幽灵般的超距作用，他觉得肯定是错的，但实验证明是 真的。当然，你没法用它超光速发消息，但这至少说明光速这堵墙上可能有裂缝。我们被困在一颗蓝色小石头上，用一双只能看到过去的眼睛，望着一个大得无法想象的宇宙。我们发出的消息，等到有人收到时， 发消息的人可能早已不在了。但你知道吗？我们就像宇宙这段漫长录像里的一帧画面，短暂的几乎不存在，但我们存在过， 我们看见过那些死去的星星还在发光，而你正坐在这段延迟了一百三十八亿年的录像面前。光速是很慢，但正因为慢，你才能看见全部。