提問：超過光速飛出地球時觀察到的地球是時間倒流嗎？

問題描述：假設地球上2023年5月x日發生一件事，這件事在當天24點結束，在結束時以兩倍光速的速度并且與地球自轉角速度相同，向地球外運動24小時，觀察地球，能否觀察到地球從5月x日24時向5月x日0時之間發生的這件事是一個倒放的狀態？（忽略視線阻擋等外界因素）（兩倍光速是因為保持與地球上的光向外輻射一致的基礎上以正常速度觀察地球）（本人高中牲，相關理論知識了解不深，可能出現前言不搭后語的情況，還請見諒）

我們有辦法看到地球上時光倒流，能看到2200多年前秦始皇登基嗎？

看似理論上可行，但實際根本不可能。

作為高中生，題主依據「我看看到1萬光年外的的星星，其實光是來自一萬年前的 」然后設計了一個思想實驗，并試圖驗證心中的想法，這其實是十分值得鼓勵的。

而且題主的思想實驗，其實并沒有什么毛病。

他的思想實驗，本質上是意圖看到地球上事件的倒放影像，而非討論相對論效應。

我們不妨先詳細探討一下這個過程，如何才能看到地球事件的時光倒流：

對于旋轉的地球，最開始發出的光走得最遠，事件結束后光才剛剛出發。

一個完整事件的光發射出去，應該是接近這樣的路線：

當然，為了方便理解，這里的箭頭畫得都比較短。

但實際，如果一個事件發生的時間為8個小時。

當事件結束時，最后一縷光剛剛發出去時，最開始發出的與它垂直的光，已經跑出去了8634022790.4公里。

這個距離接近60個天文單位（也就是60個日地距離），而海王星的軌道大約在30個天文單位附近。

也就是說，光實際的路線大致是這樣的（紅色箭頭）：

也就是說，你想要看到地球事件的時光倒流，實際上就是要追上這一條光的路線，并且精準捕捉相應的光子，才能形成完整的倒放事件。

如果你想要畫面視角不變，且倒放的速度和正常速度一樣，的確在遠離地球時，垂直地球表面的分速度需要穩定在2倍光速。

非2倍光速也可以，1~2倍之間時，由于捕捉光子的速度變慢了，實際相當于影像的倒流速度變慢了。而2倍以上的光速收集光子，倒流速度則加快了。

所以，題主的思想實驗，速度可以達到光速的絕對倍數時，整體上是沒有大問題的。

但其實題主這個思想實驗，也并不一定非得需要跟著地球轉。

對于兩邊箭頭與地球交叉的封閉區域所發生的事件來說，無論地球怎么旋轉，我們在中間箭頭所處的整個象限，都是能夠觀察到的，當然，箭頭方向的觀察是最有利的。

那么根據事件不同時間段散射出來的光，在路經中間箭頭時，進行從近到遠的捕捉，同樣可以理論上觀察到逆流的事件畫面。只不過，這樣的情況下，看到的事件就是隨著地球旋轉發生的。另外， 事件逆流的速度，也并沒有那么容易控制。需要通過三角函數計算分量，來確定速度。

以上方案都需要超光速，所以真實時空是不存在的。

其實，如果單純為了捕捉倒流的畫面，換一個思路，就能解決光速不可超越問題。

那就是在光要經過的路線上，安排連續不斷的光子捕捉器。

這樣最先捕捉最遠處的光子，就可能形成正畫面。而最先捕捉最近處的光子，那自然是倒放的畫面。

由于本質上都是捕捉光子，這種方法其實和追光得到的最終結果，并沒有區別。

然而，真正的問題在于，當距離足夠遠時。你根本就沒有條件，捕捉到足夠多的光子，形成有用的完整畫面。

我們人類通過電子設備重建畫面，其實是根據單個光子能量（頻率/波長），以及光子密度所展現出來的細節信息，來實現的。

根據黑體輻射可以看出，無論不同光譜的單個光子能量差距，還是光的能量分布梯度，在可見光范圍都具有最大的變化：

這也注定了，可見光頻段所記錄的畫面，才能展現出足夠豐富的細節。

為什么我們照CT，無法像普通的拍照一樣充滿細節和分辨程度，本質上在于射線（光子或其它粒子）單一，以及起伏不大的能量分布，都決定了無法像可見光那樣記錄豐富的細節。

而人類大部分事件都是在室內發生的，一面墻壁就能擋住所有的可見光譜，基本上只有能量低的電磁波能夠穿透墻壁。

在現代通訊時代，人類能夠通過電磁波傳遞豐富的信息，本質上是通過調制與編碼等手段，讓不同頻段的不同電磁波承載了豐富的信息量，可以包含足夠多的細節。

然而黑體輻射出來的光子，它本身是沒有經過編碼的。

當濾過主要的可見光段，剩下的電磁波信息是殘缺的，嚴重缺少細節的。

即便你能完整收集到相關光子，你最終得到的畫面也是這樣的：

這個畫面，并不是你收集到的光子呈現的畫面，而是宇宙背景輻射所產生的畫面。

你能收集到的原事件光子量，在宇宙背景輻射下，幾乎可以忽略不計。

即便我們是在露天條件下，晴朗無云，能夠收集足夠到的畫面嗎？

其實也不行。

要完整記錄事件，我們至少需要能看清一個人的臉吧。

我們在室外活動室，一張足夠明亮的臉，照度可達到1000 lux（勒克斯）

我們假設一個人的頭顱，相當于20cm直徑的一個球，也即半徑0.1m。

前面我們計算出8小時之后，光已經走出了8634022790.4公里。

散射出去的光，能量密度隨著光球面積的增加而衰減。

那么，對于長達8小時的事件來說，相同光子收集器能收集到的光子量，是事件最開始時的

1/86340227904000^2。

也即，1.34×10^-25 lux。

很多人可能對照度單位lux沒有什么概念，我們對比一下：

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

對于相同波長的光子來說，光子密度和照度是成正比的。

也就是說，我們1秒鐘在單位面積上能收集到的光子，甚至只有最黑黑夜的100萬億億分之一左右。

這是什么概念呢？

當光子波長為555nm，也即人眼最敏感的可見光波段時：

1lux=1lm/m2=1/683 W/m2=0.001464 W/m2

根據 E=hv ；v=c/λ（真空）

易得，1lux 照度的可見光，大約每平米每秒鐘會有4.1×10^15顆光子通過。

那么，對于1.34×10^-25 lux來說，相當于3×10^10 m^2（3萬平方公里）的范圍內，足足需要5個上海的面積，才能在1秒鐘內收集到1顆光子。

單個或寥寥幾個光子根本就沒有成像的信息量。

即便我們弄個地球直徑這么大的光子接收器，也僅僅只能收集4250.5個光子。

對于遙遠的星空來說，由于固定位置不變，原本恒星的光芒也沒有多少細節變化，所以我們可以通過長時間曝光來增加星星的亮度。但對于不斷變化的事件來說，我們是無法增加曝光時間來增加亮度或者清晰度的。

當然，在后期處理的時候，其實我們是可以增加亮度的。

然而由于大量關鍵光子的丟失，我們依舊失去了大量的細節，我們最終看到的面孔，可能會是這樣的：

最終，所有的光子組合起來，已經不足以展現足夠的信息，毫無可辨識的細節。

因為，哪怕是用所謂的單光子相機，你要做出100×100的像素，也至少需要1萬顆光子。即便你弄個2個半地球截面積大小的光子接收器，你收集到的光子也是隨機分布的，并不會像你像素繪畫一樣，總是落在你需要的像素點上，關鍵像素信息寥寥無幾，這樣的畫面自然是一團漿糊。

我們可以經常在知乎或者互聯網上，看到關于在多少光年外，看地球過去畫面或者事件的問題。

例如，在2200光年外，我們可以看到秦始皇登基嗎？

從嚴謹的角度來說，答案只有一個：

由于丟失了大量光子所承載的信息，捕捉到的極少量光子淹沒在了宇宙背景輻射中，最終導致我們根本就看不到相關事件的發生。

當然，如果未來人類能發展成超高等文明，還可以考慮一個方法看天氣晴朗時無遮擋的戶外事件，就是使用大小超過太陽系的超級天文望遠鏡。