我们看天上的太阳是8分钟前的太阳，还是此时的太阳？如果是8分钟前的，那么是否代表我们可以亲眼看到历史？

奋斗的小鸟

我们看天上的太阳是8分钟前的太阳，还是此时的太阳？如果是8分钟前的，那么是否代表我们可以亲眼看到历史？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/614860173

长长的路

你看到的所有都是历史，但你也永远看不清历史。

与你相隔1米的人交谈，他的嘴部动作传到你眼睛需要：
1/299792458=0.000000003336s
你的视细胞把光信号转化成电信号，再传递到大脑辨认所需要的时间大约为：
1/10——1/20s
也即最短需要0.05s（所以动态迷糊的24帧以上，人眼就会觉得流畅）。

• 其实这个过程视神经（髓鞘）传递信号用时低于0.01s，主要耗时在信号转化和辨认上。
  

总用时，0.100000003336s
在大多数人的认知里，可能一定认为，看到人说话一定比听到人说话更快。
但实际，并不一定。
与你相隔1米的人交谈，他的声音传到你耳朵需要：
1/340=0.002941176471s
不过听觉信号，却是人辨认精度最高的信号之一，仅仅只需要：
1/100s
也即0.01s
总用时0.012941176471s
可以看出，在1米的范围内，我们听到声音的速度比看到人说话的速度还要快，而且快了7倍左右。
容易得出：
当超出12.6米距离之后，我们看到人说话才能比听到人说话更快。
考虑到人视觉和听觉的辨认精度范围，通常在20米距离之内，我们都不会感知到音画的不同步。
既然我们看到的所有都是历史……
那我们有没有可能看到秦始皇称帝呢？


理论上似乎可行……
但难上登天！
固然，你看到的所有都是历史。
但人类相比起宇宙尺度无比浅陋的天文观测技术，甚至导致你根本无法看清甚至看到1天之后的历史。
秦始皇称帝场景，所反射画面，至今刚好传播到2000多光年外。
2000光年，虽然对于人类来说是一个天文数字，但在宇宙尺度来说，似乎并不算多大。
首先，我们需要打造一个超级望远镜。
这个超级望远镜会十分巨大。
但能打造这种望远镜的文明，在他们眼里，不说地球，哪怕太阳系也只是一粒尘埃罢了。
要看清楚历史上发生的细节，分辨率至少也得有一个老式手机渣画质摄像头吧？
诺基亚7650是2002年的初代摄像头手机之一，30万像素，照片最高分辨率640×480，最低分辨率仅仅160×120。
如果取景4x3米，可分辨尺度仅仅2.5厘米，甚至连手指都分不清。
这种渣画质，我们作为了解历史真相的最低下限。
我们不妨来算算，看到地球历史这样的渣画质，需要多大的望远镜呢？
分辨相邻两个点的极限，为瑞利判据：


为最低可分辨率角度。
一架以角秒衡量的光学望远镜的理论分辨率为：13/L 角秒

• L为主镜口径，单位为厘米。单位转换为米，则为0.13/L 角秒
  
• 1度=60角分=3600角秒，一个圆周等于1296000角秒
  

刚才已经探讨过了，了解地球历史的渣画质是2.5cm（也即0.025m）。
那么我们可以得到：
， 为观测点与地球的距离。
得到
秦始皇在公元前221年称帝，意味着我们需要在2240多光年外布置这个大型望远镜。
易得，这个望远镜的大小约为：
0.0565光年。
也即5.345×10^14m
相当于3573个天文单位（日地距离）
也就是说，制造的天文望远镜口径达到3573个太阳到地球的距离，才能看到一个渣画质的地球历史。
这比100个八大行星的最远轨道还要大。


可能有人会说，完全可以建设望远镜矩阵，来实现这么高的分辨率。
例如，人类拍下黑洞的照片，就是利用地球上多个射电望远镜，等效组合成了地球这么大的望远镜才拍摄到的。
然而，地球上光线太弱，不用足够多的望远镜，根本收集不到足够多的光线。
为了搜集足够多的光子，这些望远镜一一排列，需要多少质量的镜片呢？
如果这些镜片都是平均10mm的镜片组成。
0.0565光年光年直径的总面积是：
2.235×10^29m^2
总体积是：1.263×10^27m^3
密度取2500kg/m^3，计算得到重量为：3.156×10^30kg
而太阳质量也才1.9891×10^30kg
也就是说建造一个这样渣画质的光学天文望远镜超级矩阵，需要的材料也相当于2个太阳的质量。
不说太阳了，人类现在连月壤都只能带回月球质量的万亿亿分之一。
最关键的是，星际尘埃对可见光的遮挡，还可能让这个计划彻底破产。
我们人类通过电子设备重建画面，其实是根据单个光子能量（频率/波长），以及光子密度所展现出来的细节信息，来实现的。
根据黑体辐射可以看出，无论不同光谱的单个光子能量差距，还是光的能量分布梯度，在可见光范围都具有最大的变化：


这也注定了，可见光频段所记录的画面，才能展现出足够丰富的细节。
为什么我们照CT，无法像普通的拍照一样充满细节和分辨程度，本质上在于射线（光子或其它粒子）单一，以及起伏不大的能量分布，都决定了无法像可见光那样记录丰富的细节。
而人类大部分事件都是在室内发生的，一面墙壁就能挡住所有的可见光谱，基本上只有能量低的电磁波能够穿透墙壁。
在现代通讯时代，人类能够通过电磁波传递丰富的信息，本质上是通过调制与编码等手段，让不同频段的不同电磁波承载了丰富的信息量，可以包含足够多的细节。
然而黑体辐射出来的光子，它本身是没有经过编码的。
当滤过主要的可见光段，剩下的电磁波信息是残缺的，严重缺少细节的。
即便你能完整收集到相关光子，你最终得到的画面也是这样的：


这个画面，并不是你收集到的光子呈现的画面，而是宇宙背景辐射所产生的画面。
你能收集到的原事件光子量，在宇宙背景辐射下，几乎可以忽略不计。
即便我们是在露天条件下，晴朗无云，能够收集足够到的画面吗？
其实也相当的够呛。
要完整记录事件，我们至少需要能看清一个人的脸吧。
我们在室外活动室，一张足够明亮的脸，照度可达到1000 lux（勒克斯）
我们假设一个人的头颅，相当于20cm直径的一个球，也即半径0.1m。
仅仅8小时之后，光已经走出了8634022790.4公里。


散射出去的光，能量密度随着光球面积的增加而衰减。
那么，对于长达8小时的事件来说，相同光子收集器能收集到的光子量，是事件最开始时的
1/86340227904000^2。
也即，1.34×10^-25 lux。
很多人可能对照度单位lux没有什么概念，我们对比一下：

晴天室内：100—1000lux
阴天室外：50—500lux
阴天室内：5—50lux
月夜：0.02—0.3lux
黑夜：0.001—0.02lux

对于相同波长的光子来说，光子密度和照度是成正比的。
也就是说，我们1秒钟在单位面积上能收集到的光子，甚至只有最黑黑夜的100万亿亿分之一左右。
这是什么概念呢？
当光子波长为555nm，也即人眼最敏感的可见光波段时：
1lux=1lm/m²=1/683 W/m²=0.001464 W/m²
根据 E=hv ；v=c/λ（真空）
易得，1lux 照度的可见光，大约每平米每秒钟会有4.1×10^15颗光子通过。
那么，对于1.34×10^-25 lux来说，相当于3×10^10 m^2（3万平方公里）的范围内，足足需要5个上海的面积，才能在1秒钟内收集到1颗光子。
单个或寥寥几个光子根本就没有成像的信息量。
即便我们弄个地球直径这么大的光子接收器，也仅仅只能收集4250.5个光子。
对于遥远的星空来说，由于固定位置不变，原本恒星的光芒也没有多少细节变化，所以我们可以通过长时间曝光来增加星星的亮度。但对于不断变化的事件来说，我们是无法增加曝光时间来增加亮度或者清晰度的。
当然，在后期处理的时候，其实我们是可以增加亮度的。
然而由于大量关键光子的丢失，我们依旧失去了大量的细节，我们最终看到的面孔，可能会是这样的：


最终，所有的光子组合起来，已经不足以展现足够的信息，毫无可辨识的细节。
因为，哪怕是用所谓的单光子相机，你要做出100×100的像素，也至少需要1万颗光子。即便你弄个2个半地球截面积大小的光子接收器，你收集到的光子也是随机分布的，并不会像你像素绘画一样，总是落在你需要的像素点上，关键像素信息寥寥无几，这样的画面自然是一团浆糊。
值得注意的时，这里所有的距离还仅仅只是8光时，难度就已经达到如此夸张的地步……对于2000多光年之外的秦始皇称帝，自然成了几乎不可能的事。
当然，你也可以脑洞再开大一点，一个能够收集到足够多可见光子的超级文明，来进行这样的操作呢？
如果要制一个高清画质，人眼能看清任何细节的0.1mm精度的分辨尺度，来欣赏秦始皇登基的高清画面。
那么，至少需要在无可见光遮挡环境，建设25光年口径的天文望远镜才行。
至少需要几十万个太阳质量的材料。

• 卡尔达舍夫一级文明可以使用母星的所有能源。
  
• 卡尔达舍夫二级文明可以使用母星所在恒星的所有能源。
  
• 卡尔达舍夫三级文明可以使用母星所在星系的所有能源。
  

而银河系大约有2000亿颗恒星，如果打造这个天文望远镜使用了的能源少于当前文明的1%，那么这个文明则相当于2.5级文明，介于卡尔达舍夫二级和三级文明之间。
人类才0.73级文明，差了至少20几个数量级。
对于这样的一个文明，三岁小孩的玩具枪，就可能把太阳系给灭了。
当然，对于我们这样的一级文明上下的文明来说，要通过这样的方式看哪怕仅仅1天之外的历史，都只能是这样的结果：
由于丢失了大量光子所承载的信息，捕捉到的极少量光子淹没在了宇宙背景辐射中，最终导致我们根本就看不到相关事件的发生。

队长是我

地球上的人看天上的太阳，确实看到的是八分钟前太阳发出的光。
就连人们看到天上的漫天星辰，很多也都是几亿年前的光，他们中的许多星球甚至早已经不发光了。
在这种意义上，我们确实能看见他们的历史。
甚至如果有人站在宇宙的边界，等着宇宙的膨胀把全宇宙的第一道光慢慢送到他的眼中，他就能看到全宇宙的历史。
但问题是，我们不在宇宙的边界，我们也追不上光。
所以我们几乎无法用这种方式看到自己的历史。
我们只能看到向我们而来的光，却看不到离我们而去的历史。
从某个意义上来说，这也是时间不存在的一种表现形式。

队长是我

可以这么说吧。有一个很有意思的说法，如果你站在3000多光年外，拿着一个足够牛的望远镜，那么你就可以看见秦始皇

清风寡欲

你在地球上，看不到当下的太阳，所以8分钟前的太阳对于你而言就是当下，并不是历史。
你在太阳附近，就只能看到当下的太阳，反过来看不到8分钟前的太阳，所以当下就成为了当下，8分钟前就是历史。
晚上天空中各个星星、星云、星系距离都各不相同，相差甚远，你看到的都是不同时间下的天体，然而它们对你而言，都是当下，并不是历史。

长长的路

即便是两个人，面对面间隔1米说话，你听到的话也是对面1/340秒之前说的；
所以，严格来说，我们看到，听到，摸到的所有东西，都是历史；