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你可能跑不过自己的影子,因为黑暗比光速还快?

阅0转02018-04-12

光在真空中以299792458m/s的速度行进,根据狭义相对论,宇宙中所有物质运动及信息传播的速度都无法超过它。然而有一个问题你想没想过:黑暗是否也有速度?



实际上科幻界一直在关注这个话题,有一部同名科幻作品《黑暗的速度》,曾荣获2004年星云奖最佳长篇小说奖。




我们先看黑暗的起源:光源被非透明的物体遮挡后,在其背后会投射出一段黑暗区域。其中,光源被彻底切断的区域叫做「本影」,身处其中时将感受到真正的黑暗。例如,地球遮挡了太阳的光源,其本影范围长达140万公里,在这个区域内,暗无天日。



而包裹在「本影」周围的,则是略显淡薄的「半影」,多个「半影」重叠之际,往往会使原来本不可见的「半影」发生视觉上的质变,形成「阴影吸塑」:当生活中两个背光物体彼此靠近却并未接触时,其阴影会率先交好、融合的原因,仿佛「黑暗之吻」。



那么,如何计算黑暗的速度呢?以我们熟悉的手影为例,手掌遮住光源后,其形状以阴影的形式,被投射到墙壁上,映下的黑暗偏离本体、无比巨大。



假设我们的手掌平行于墙壁运动的速度为v,光源到墙壁的距离为D,光源到手掌的距离为d,那么,阴影的速度将是D/d*v。而当手掌与墙壁形成一定角度时,黑暗的速度将变得更快。



根据这个公式,如果用强光照射,将手掌的阴影投射到月球上,因为距离相当长,即使你随便移动一下手指,阴影就能随之跨越整个月球:由此看来,黑暗的速度确实可以比光快?



但实际上,阴影并没有完成真正意义上的运动。之所以会产生阴影速度超越光速的幻觉,是因为我们错将阴影想象成了一种具有物理实体的存在,而它们,其实只是一块三维区域的横截面。



所以正确的说法是:黑暗并不是以阴影的形式从A点瞬间移动到了B点,而是以光速从你的手掌移动到了A点,又以光速从你的手掌移动到了B点。说白了,每一道阴影,都只是一道缺少光的间隙。



美国天体物理学家Neil deGrasse Tyson曾阐述,从严格意义上来说,黑暗就是没有光子,所以根本没有速度。




但是,让我们看看物理中著名的「超光速剪刀」:假设黑暗位于剪刀双刃的交叉点,已合上的部分都是黑暗,未合上的部分都是光明,那么,合上剪刀的一瞬间,黑暗就相当于移动了一整个刀刃长度的距离。仔细观察会发现,刀刃向内侧运动的速度B,远不及双刃交叉点向外运动的速度A。



按照这个思路,如果将同样一把剪刀的刀刃加长至1光年,那么在合上剪刀的1秒内,黑暗就可以行走完1光年的距离,是光速的365*24*60*60倍,直接完爆。



这堪比杠杆原理:给他一根足够长的棍子,就能翘起地球。不过现实中根本无法造出这么长的剪刀,就算真的造出来了,估计连超人都没法用力将它合上。



更关键之处在于,从物理学上讲,剪刀是一种「刚性物体」,即便对其施加外力,它们也不会立刻做出响应。因为在这一过程中,构成剪刀的原子受外力作用,不断向相邻的原子传播电磁力,告知它们即将迎来闭合状态。而这种传播速度,永远无法超越光速。



不过,如果该模型被理想化,双个刀刃都分离剪刀,在无摩擦的情况下自己动的话,那么就可以避开「刚性物质」的限制,产生理想的效果,让交叉点的黑暗真正快过光速。



巧的很,光就是一种电磁波,而光波之间彼此相遇的过程,与这个剪刀例子中刀刃的合并过程异曲同工。



光波作为一种横波,当其他条件稳定时,其波峰与波峰碰撞则会产生更大的波峰,使光更亮;波谷遇上波谷则会产生更大的波谷,使光更暗;而当波峰遭遇波谷时则会互相抵消,瞬间形成黑暗。



左右两侧各为一束光波,白色的弯曲条状为波峰,中间夹杂的黑色区域则是波谷。当两束光波以光速相撞时,黑白相交的区域则是黑暗,眼睛不花的话可以看到这部分衍生出的黑暗,以上下为方向快速运动。



如果将其中一束光波的波峰替换为黑色,另一束光波的波峰替换为红色,之前的白色背景置换为全黑,此时再重复上面的操作,就会发现,黑暗移动的速度,远远超越了光波移动的速度,光速。



这里确实比较难以理解,狂丸特意附上一张静态对比图:



总之,通过对光波的研究,黑暗的速度终于得到了证实,这么一来,人类岂不是可以利用黑暗突破光速,回到过去,实现时空旅行?



但是驾驭黑暗,听起来就有些怪怪的。光速最重要的定义就在于:任何携带信息或能量的物质都无法超越它,那么,黑暗是否携带了信息或能量?目前为止,黑暗还无法做到这点,即使达到超光速,却难以利用。



恰如动画片和诸多影视作品中表现的那样,反派虽然疾风闪电酷到爆炸,但还是打不过自带光环的正义主角;黑暗即使在某种角度上超越了光,但仍免不了领盒饭的命运。



来自:cat1208  >
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