细思极恐:如果我坐着宇宙飞船到超光速,整个过程会看到什么?

我们知道,任何物体都不能超过光速的。

但我们不妨做这样一个思想实验:

一艘宇宙飞船不断加速,一直到超光速,只考虑视觉的变化,我们会看到什么样的场景?

近光速下运动,光会在身前发生“蓝移”,身后发生红移,即多普勒效应。

由公式可知,速度越大,角度越小,视野前方发生的蓝移越明显。

那么观察者的视野会发生这样的现象:

正前方收缩,正后方视野膨胀。左右的视野随着角度的增大,逐渐增大。

假设,我们坐在飞行器上,观察图中的观测点1(原本位于正左方):

如果我们的速度远低于光速,那么我们观察看到的观测点1,在我们的正左方。

但如果我们达到0.5光速的时候,我们接收到来自于观测点1光线时,我们已经运动到了更前方。这个时候,我们就会发现,观测点1落后在了我们的左后方。射来的光线,与视线成一定夹角的方向,那么除了颜色和光强的变化,星体的方向也会发生变化。

不过,由于多普勒效应和视觉夹角有关,并非平直的变化,所以视觉效果并非这张效果图上犹如透视图般缩小视觉的效果,而是类似于球体的内表面。

正常情况下,我们通过水晶球,可以看到这样的画面:

这种画面,也是鱼眼镜头的效果。

它的画面,分布在球的外表面。而近光速下,视觉效果则刚好相反,画面会以分布在内表面的方式,呈现在我们的眼前:

越往两边走,画面越接近正常状态。但越往中间走,画面浓缩程度越高。

对于光谱均匀的的宇宙背景来说:

在近光速下,我们会看到视野越往中间越紫,然后外围依次是蓝、青、绿、黄、橙、红。

当然,这里只是假设,宇宙背景的光谱并不均匀,而是各种各样的,并非一成不变。

对于正视野来说,原本就是紫色的光线,由于蓝移现象,可能会让这部分光成为紫外光,变成我们肉眼看不到的光线。而对于后方视野来说,则因为红移现象,一些可见红光变成了红外光。

例如:对于身后发白光的星体来说,只需要183km/s的远离速度,便可让他们出现清楚的彩色。达到1040km/s的远离速度,则会呈现鲜艳的彩色。不过,这些彩色中依旧包含着许多白光。当速度超过106000km/s的远离速度之后,这些发白光的星体则会从肉眼中消失。

而对于黄光星球来说,只需要27800km/s的远离速度,它们就会消失。发红光的星球,则只需要9400km/s的远离速度,就会从视野中消失。

相反,前后方的红外、紫外等光线,则会因为蓝移和红移现象,而成为可见。

随着速度越来越接近光速,甚至,我们能逐渐看到原本看不见的无线电波。然后渐渐的,原来的能够看见的可见光,逐渐全部变成紫外光,然后不可见。

此时,我们看到的恒星和宇宙,将会和我们原来看到的完全不同的样子。

可见光谱只是电磁波段中的极小一部分:

如果前方的视野是180度,当达到0.5c时,眼前的视野则会扩大到210°左右。

当速度达到0.9C的时候,原本的180度视野,可以扩大到260度视野。

达到0.99C时,视野角度扩大到300度。

达到0.999C光速时,视野角度扩大到330度。

随着无限接近光速,视野角度也无线接近360度。

理论上来说,当达到光速的时候,宇宙飞船中的观察者,获得了360度的全视角。

前方的光线蓝移到了极限,后方的光线红移到了极限。

理论上,此时的视觉会是这样的:

我们眼前能够看到的光线,几乎全部是原本频率极低的无线电波。根据无线电波频率的不同,我们依旧会看到紫光、蓝光、青光等各种颜色。而后方,看到的则是原本看不到的超高频率的宇宙辐射。

视野里的可见场景,已经完全和静止时看到的彻底不同。同时眼前的视野场景,会完全犹如球体的内表面一般。正前方的事物无限缩小,正后方的事物放大,均匀分布在视界的边上。

如果是仰望天空,将会呈现出这样的视觉效果:

不过,达到光速,也就意味着时间的静止。

如果考虑到飞船自身的相对论效应,外部观察者会发现,飞船船员完全静止不动。而飞船船员自身,则会飞到宇宙时间的尽头,看到整个宇宙生命的终结。

如果我们“允许”超光速。

观察者身上正在发生的事件,则会超前于所看到的现象。所以,观察者能“看”(实际是镜头记录)到自己死亡的场景。

但这个情况只是考虑了向前“看”,并没考虑向后“看”。如果在超光速的时候,向后“看”(红移方向),看到的会是自己死而复生:时光回流的情况(死后,镜头才记录到追上来的光线)。

超光速=时间逆转(×)

超光速=看到过去(√)

如果观察者从一出生开始,就在飞船上超光速运动,在死亡刹那运动停止,紧接着镜头中就会出现:

航天员从死到出生逆流的整个画面。

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