如果在距离地球10光年处放一面镜子,那会如何?
1969年7月20日是载入人类史册的一个日子。那天人类完成了一项或许是最大胆的创举:首次登上月球。完成这一任务的是尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin),两位是阿波罗11号登月任务的宇航员。第三位宇航员,迈克尔·科林斯(Michael Collins)留在了绕月飞行的太空舱里,以便之后照料他的组员。停留在月球上时,尼尔和巴兹留下了脚印,拍了照,插上了一面美国国旗和一块纪念牌,采集了一些岩石样本带回地球,并进行了一系列实验。此外,他们还安装了一面镜子,准确地说是一面反光镜。
月亮上放镜子有什么用呢?可以更精准地测量出月亮与我们的距离。新墨西哥州的阿帕契点天文台(Apache Point Observatory)有个装置叫阿波罗[1]——绝不是随意取的名字——它能向太空发射强烈的激光。如果时机合适,这束光能抵达月球上的那面镜子,并被反射回天文台,由灵敏度极高的仪器接收。已知光速,通过测量光线往返的时间,便能计算出地球至月亮的距离,精确程度简直难以置信。直到20世纪初,计算误差还有好几厘米,但考虑到月亮与我们的平均距离为384 000千米,这一差值已经小得惊人了。随着技术进步,精确度还在提升:今天我们测量地月距离的误差仅为1毫米。这就好比测量一栋小房子的高度时,精确到每一个原子!
多亏了这面镜子,我们发现月亮正在远离地球,速度为3.8厘米/年。几亿年后天上的月亮将变得特别小,以至我们再也看不见日全食。想必非常凄凉……
但实际上月亮离我们还很近,从理论层面看,光以300 000千米/秒的速度往返仅需2.5秒。如果那面镜子位于更远的地方,那将会发生什么?想象有一面镜子,就和家里的那些镜子一样,只不过更大一点,它被放在距离我们10光年,也就是100万亿千米的地方。理论上我们能看见镜中的自己,但光线往返的时间差真的特别大。
要看见被镜子反射的自己,我们的光就要一直传播至镜面并返回。如果光线去要10年,回要10年,那我们看见返回的光线就是20年前出发的。这意味着我们看见的镜子是10年前的模样,而镜中的地球是20年前的模样!
当然了,从实际意义看,这有点理想化。在这么长的距离下,就算使用人类最厉害的望远镜也看不见那面镜子,因为镜子反射至地球的光子非常少,而其中组成地球图像的更是小部分而已。数据显示,单独一粒光子成功往返的概率极小。如果镜子变大,能接收到尽可能多的光,那么情况将会乐观一些。如果我们希望能在镜中清晰地看见一个人,那镜子的直径应为60亿千米:大约是太阳与冥王星的距离!
不考虑技术层面有没有类似工具能做到,从理论上说,这种镜子能让我们看见过去,就像观看一部讲述20年前的地球的电影。如果有足够的决心,理论上我们甚至能看见自己20年前在做什么!
如果镜子是今天放置的,那么10年内我们连镜子本身都看不见。但时机一到,我们就能看见放置镜子10年前的地球是什么样子。
既然我们在讨论奇妙的科幻假设,那我们想把镜子放哪儿就放哪儿。只要它的面积大小随距离相应增加,我们就可以肆意想象镜中能看见什么。
比如,假设今天在银河系边缘发现了一面镜子,距离我们100 000光年。只要它的直径达到5000亿千米,那么通过这面镜子,我们就能看见200 000年前地球上发生的事情,也就是非洲出现早期智人的时候。我们可以观察人类的起源!
让我们试着将镜子移到250万光年外的仙女星系,把镜子直径加大至1.5光年,只要它不因自身的巨大质量直接落入某个黑洞,我们就能用它观察500万年前地球的模样:当时人属(Homo)和南方古猿(australopiteco)都尚未出现。最早的猛犸化石可以追溯到这一时期。当时的气候与今天不同,最后一次冰川时期还没开始。
不过,要看见和今天完全不同的地球,我们得走出本星系群,也就是离开银河系和它的“街坊邻居”。我们将镜子移至1.15亿光年处,把它的直径增加到极大——70光年,我们可以看见2.3亿年前的地球。那时候甚至还没形成现在的大陆,而是巨大的一整片陆地:盘古大陆(Pangea)。接着我们会看见第一批恐龙出现。
但倘若将镜子移到与我们相距超过22.5亿光年的地方,那才有意思呢。镜子多大不重要,因为我们在镜中看不见自己了!因为地球是在45亿年前诞生的,镜中暂时看不到任何来自它的光线。
想想看:宇宙如此宽广,你只不过出生在其中一个极小的“泡泡”里。如果你现在20岁,那么20光年外根本就没有你的任何存在痕迹,而且20光年什么也不算:我们的银河系有150 000光年宽呢!
除了银河系与它的某些小型卫星星系,对宇宙中其余部分来说,我们人类仿佛从未存在过。在仙女星系,即使用最庞大的望远镜也看不见一个智人。而这个旋涡星系还是与我们距离最近的。
对于宇宙中与我们相距超过46亿光年的所有区域,甚至连太阳都不存在,其周围的一群行星也不存在。即使运用最先进的技术也看不见我们,因为我们的光还没到那儿。对宇宙大部分的地方来说,我们都不存在,也不曾存在。这倒不失为教人谦逊的一堂好课。
[1] Apache Point Observatory Lunar Laser-Ranging Operation,阿帕契点天文台月球激光测距工作,各单词首字母组成了阿波罗(Apollo),这也是古希腊太阳神的名字。