光速是现代物理学的不可逾越的极限,但仍有人尝试通过非常规的思想实验来突破这条规律。比如,假设有一根长达1光年的绳子,我在一端用力拉动,另一端是否会立即有所感应?或者,假想一个能够一步跨越1光年距离的巨人……然而,需要明确的是,这些思想实验大多经不起严密的推敲。举个例子,只有处于绝对刚性状态的绳子才能做到“我在这一端拉动,另一端立即感应”,但事实上,绝对刚性并不存在。而对于巨人而言,由于他的腿具有质量,因此他的移动速度不可能超过光速,这涉及到“质量增加效应”的问题。因此,有人提出了一个有趣的思想实验:如果电脑屏幕的宽度达到1光年,我们能否让屏幕中的鼠标实现超光速移动呢?下面我们将进行讨论。
我们所看到的电脑屏幕图像实际上由无数微小的像素构成,屏幕中的鼠标也不例外。当我们操作电脑设备移动屏幕中的鼠标时,并不是像素在移动,而是屏幕上相关像素状态的改变所产生的错觉。为了解释这个原理,我们可以参考一个简单的例子。
上图是一个常见的“跑马灯”,在我们眼中,它似乎以高速移动,但仔细观察就会发现光源实际上并没有移动,只是通过改变自身状态制造了一种错觉。
我们所看到的屏幕中的鼠标移动也是类似的道理。简单来说,当我们操作电脑设备使鼠标从A点移动到B点时,实际上是电脑程序使屏幕上从A点到B点路径上的相关像素状态改变,从而使鼠标图像沿着该路径依次出现和消失,最终停留在屏幕上的B点,于是我们眼中的屏幕鼠标就移动了起来。
现在我们回到主题。为了简化问题,我们将1光年宽的距离平均分为4份(如下图所示)。我们的目标是让鼠标图像先在A点消失,然后在B点出现,再在B点消失,且在C点出现,以此类推,直到最后一个点E,这样就能给人一种屏幕鼠标沿着路径移动的错觉。
可以看到,由于物体从当前点运动到下一个点所需的时间为0.25年,我们只需将“鼠标图像从当前点消失,然后在下一个点出现”的时间控制在0.25年之内,就能使鼠标的移动速度超过光速。按照这个思路,我们可以将1光年的距离分割得更细,这样鼠标的移动看起来会更加真实。
因此,从理论上说,如果电脑屏幕宽度为1光年,并且电脑性能足够强大,我们确实能够让屏幕中的鼠标超光速移动。然而,这种所谓的超光速移动实际上毫无实际意义。为什么这么说呢?
这是因为每个点上的信息都是由电脑主机传输的,而这些点之间并没有因果关系,也就是说,“鼠标图像从当前位置消失”与“鼠标图像在下一个点出现”这两个事件之间无法传递信息。
值得一提的是,由于这台电脑的屏幕宽度为1光年,如果它是平坦的,无论我们从哪个位置观察,光线到达屏幕各个区域的时间都不会同时发生。反过来说,电脑主机发送的信息也无法同时到达屏幕各个区域,因此我们无法观察到屏幕中的鼠标在正常移动。
为了解决这个问题,我们必须设计一个球面屏幕,将电脑主机和观察者置于球面的中心,以确保屏幕各个区域与我们之间的距离完全相等。准备工作完成后,我们只需大手一挥,几个月后就能观察到屏幕中鼠标超光速移动的奇观。
为什么需要几个月后才能观察到呢?这是因为球面屏幕的半径非常巨大(约为0.16光年),信息从电脑主机传输到屏幕上相关区域需要很长的时间,而光线也需要相同的时间反馈给我们。
好了,今天的讲解就到这里。欢迎大家关注我们,我们下次再见。