你可能跑不過(guò)自己的影子,因?yàn)楹诎当裙馑龠€快?

光在真空中以299792458m/s的速度行進(jìn),根據(jù)狹義相對(duì)論,宇宙中所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及信息傳播的速度都無(wú)法超過(guò)它。然而有一個(gè)問(wèn)題你想沒(méi)想過(guò):黑暗是否也有速度?

實(shí)際上科幻界一直在關(guān)注這個(gè)話題,有一部同名科幻作品《黑暗的速度》,曾榮獲2004年星云獎(jiǎng)最佳長(zhǎng)篇小說(shuō)獎(jiǎng)。

我們先看黑暗的起源:光源被非透明的物體遮擋后,在其背后會(huì)投射出一段黑暗區(qū)域。其中,光源被徹底切斷的區(qū)域叫做「本影」,身處其中時(shí)將感受到真正的黑暗。例如,地球遮擋了太陽(yáng)的光源,其本影范圍長(zhǎng)達(dá)140萬(wàn)公里,在這個(gè)區(qū)域內(nèi),暗無(wú)天日。


而包裹在「本影」周圍的,則是略顯淡薄的「半影」,多個(gè)「半影」重疊之際,往往會(huì)使原來(lái)本不可見(jiàn)的「半影」發(fā)生視覺(jué)上的質(zhì)變,形成「陰影吸塑」:當(dāng)生活中兩個(gè)背光物體彼此靠近卻并未接觸時(shí),其陰影會(huì)率先交好、融合的原因,仿佛「黑暗之吻」。

那么,如何計(jì)算黑暗的速度呢?以我們熟悉的手影為例,手掌遮住光源后,其形狀以陰影的形式,被投射到墻壁上,映下的黑暗偏離本體、無(wú)比巨大。

圖片發(fā)自簡(jiǎn)書App

假設(shè)我們的手掌平行于墻壁運(yùn)動(dòng)的速度為v,光源到墻壁的距離為D,光源到手掌的距離為d,那么,陰影的速度將是D/d*v。而當(dāng)手掌與墻壁形成一定角度時(shí),黑暗的速度將變得更快。

根據(jù)這個(gè)公式,如果用強(qiáng)光照射,將手掌的陰影投射到月球上,因?yàn)榫嚯x相當(dāng)長(zhǎng),即使你隨便移動(dòng)一下手指,陰影就能隨之跨越整個(gè)月球:由此看來(lái),黑暗的速度確實(shí)可以比光快?

但實(shí)際上,陰影并沒(méi)有完成真正意義上的運(yùn)動(dòng)。之所以會(huì)產(chǎn)生陰影速度超越光速的幻覺(jué),是因?yàn)槲覀冨e(cuò)將陰影想象成了一種具有物理實(shí)體的存在,而它們,其實(shí)只是一塊三維區(qū)域的橫截面。

所以正確的說(shuō)法是:黑暗并不是以陰影的形式從A點(diǎn)瞬間移動(dòng)到了B點(diǎn),而是以光速?gòu)哪愕氖终埔苿?dòng)到了A點(diǎn),又以光速?gòu)哪愕氖终埔苿?dòng)到了B點(diǎn)。說(shuō)白了,每一道陰影,都只是一道缺少光的間隙。

美國(guó)天體物理學(xué)家Neil deGrasse Tyson曾闡述,從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),黑暗就是沒(méi)有光子,所以根本沒(méi)有速度。

但是,讓我們看看物理中著名的「超光速剪刀」:假設(shè)黑暗位于剪刀雙刃的交叉點(diǎn),已合上的部分都是黑暗,未合上的部分都是光明,那么,合上剪刀的一瞬間,黑暗就相當(dāng)于移動(dòng)了一整個(gè)刀刃長(zhǎng)度的距離。仔細(xì)觀察會(huì)發(fā)現(xiàn),刀刃向內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)的速度B,遠(yuǎn)不及雙刃交叉點(diǎn)向外運(yùn)動(dòng)的速度A。

按照這個(gè)思路,如果將同樣一把剪刀的刀刃加長(zhǎng)至1光年,那么在合上剪刀的1秒內(nèi),黑暗就可以行走完1光年的距離,是光速的365*24*60*60倍,直接完爆。

這堪比杠桿原理:給他一根足夠長(zhǎng)的棍子,就能翹起地球。不過(guò)現(xiàn)實(shí)中根本無(wú)法造出這么長(zhǎng)的剪刀,就算真的造出來(lái)了,估計(jì)連超人都沒(méi)法用力將它合上。

更關(guān)鍵之處在于,從物理學(xué)上講,剪刀是一種「剛性物體」,即便對(duì)其施加外力,它們也不會(huì)立刻做出響應(yīng)。因?yàn)樵谶@一過(guò)程中,構(gòu)成剪刀的原子受外力作用,不斷向相鄰的原子傳播電磁力,告知它們即將迎來(lái)閉合狀態(tài)。而這種傳播速度,永遠(yuǎn)無(wú)法超越光速。

不過(guò),如果該模型被理想化,雙個(gè)刀刃都分離剪刀,在無(wú)摩擦的情況下自己動(dòng)的話,那么就可以避開「剛性物質(zhì)」的限制,產(chǎn)生理想的效果,讓交叉點(diǎn)的黑暗真正快過(guò)光速。

巧的很,光就是一種電磁波,而光波之間彼此相遇的過(guò)程,與這個(gè)剪刀例子中刀刃的合并過(guò)程異曲同工。

光波作為一種橫波,當(dāng)其他條件穩(wěn)定時(shí),其波峰與波峰碰撞則會(huì)產(chǎn)生更大的波峰,使光更亮;波谷遇上波谷則會(huì)產(chǎn)生更大的波谷,使光更暗;而當(dāng)波峰遭遇波谷時(shí)則會(huì)互相抵消,瞬間形成黑暗。

左右兩側(cè)各為一束光波,白色的彎曲條狀為波峰,中間夾雜的黑色區(qū)域則是波谷。當(dāng)兩束光波以光速相撞時(shí),黑白相交的區(qū)域則是黑暗,眼睛不花的話可以看到這部分衍生出的黑暗,以上下為方向快速運(yùn)動(dòng)。

如果將其中一束光波的波峰替換為黑色,另一束光波的波峰替換為紅色,之前的白色背景置換為全黑,此時(shí)再重復(fù)上面的操作,就會(huì)發(fā)現(xiàn),黑暗移動(dòng)的速度,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了光波移動(dòng)的速度,光速。

這里確實(shí)比較難以理解,狂丸特意附上一張靜態(tài)對(duì)比圖:

總之,通過(guò)對(duì)光波的研究,黑暗的速度終于得到了證實(shí),這么一來(lái),人類豈不是可以利用黑暗突破光速,回到過(guò)去,實(shí)現(xiàn)時(shí)空旅行?

但是駕馭黑暗,聽(tīng)起來(lái)就有些怪怪的。光速最重要的定義就在于:任何攜帶信息或能量的物質(zhì)都無(wú)法超越它,那么,黑暗是否攜帶了信息或能量?目前為止,黑暗還無(wú)法做到這點(diǎn),即使達(dá)到超光速,卻難以利用。

恰如動(dòng)畫片和諸多影視作品中表現(xiàn)的那樣,反派雖然疾風(fēng)閃電酷到爆炸,但還是打不過(guò)自帶光環(huán)的正義主角;黑暗即使在某種角度上超越了光,但仍免不了領(lǐng)盒飯的命運(yùn)。

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