如果在距离地球六千五百万光年的地方看向地球,能看得见恐龙吗?

如果在距离地球六千五百万光年的地方看向地球,能看得见恐龙吗?

看风景的蜗牛君,科研探索人类之科学边界,科普强化国民之科学素养。

谢邀。

这个问题脑洞很大,高票几位答主已经从科学角度给出了严谨的回答,很精彩也很有趣。

我想从另外一个角度来看一下这个问题。总觉得,在六千五百万光年之外以建望远镜这种方式来看地球,有种“皇帝家的锄头是纯金的”、“情人节我卖一束花挣五毛,一百束挣五十,那要是卖一百亿束,岂不是能挣五十亿”的荒谬感……

这么扯淡的一道题,不能太认真地套课本啊!毕竟理论极限靠不住!

以光学系统的分辨率为例,前人从衍射极限等物理理论上推导出了瑞利判据,阿贝给出了光学系统理论极限分辨率,如显微系统分辨率为 R=0.61λ/NA(显微系统常用数值孔径 NA,望远系统多用 F 数,两者可换算),这一判据在相当长的时间内成为光学系统成像的天花板。

光学极限分辨率

为了得到更高分辨率,人们不得不努力缩短波长,最终出现了以电子束为“光源”的扫描电子显微镜;人们也在不断地增大 NA 或 F 数,例如望远系统不断增大口径,显微系统物体泡进高折射率的液体内做成油镜……

扫描电子显微镜

浸油物镜

但这种提高总是有限的,天花板就摆在那里,就像魔咒一样挥之不去。

后来呢?后来发展出的超分辨技术一日千里,层出不穷。

例如,科学家发现所谓的极限分辨率是在传输光条件下的极限,而携带大量的细节信息的光场被束缚于物体表面,成为所谓的倏逝波,根本无法被探测,因此发展出了用微纳波导或光场散射实现的近场光学探测技术,用负折射率材料实现倏逝波放大的完美透镜技术,等等。

近场扫描光学显微探针

负折射率材料完美透镜示意图

再比如,依旧只考虑传输光场,不考虑倏逝波,就没办法打破衍射极限了吗?当然不是。科学家发现,空间传输光中低频成分携带信息少但能量高,高频成分携带信息多但能量低,因此在成像系统中加入多种器件,充分利用高频信息并限制低频信息,就可以打破衍射极限提高分辨率。例如 Bessel 光束成像技术、超振荡成像 (Super oscillation imaging )技术。另外,科学家发现,阿贝极限是两个光点同时发光时的极限,但对单发光点的定位是没有所谓的极限的,由此发展出了共聚焦显微技术(confocal microscopy)。

Bessel 光束成像

超振荡和共聚焦显微技术

除了在纯光学领域想办法,科学家还结合化学等学科突破了理论分辨率的限制。例如,利用特定波长光对荧光作用的抑制,最终实现了受激发射损耗显微镜技术(STED) ;后来又发展出了 光激活定位显微镜技术 (PALM)和 随机光学重建显微技术(STORM)。

STED 技术

啰啰嗦嗦了这么多,是想以光学极限分辨率为例,来说明一个道理:不要畏惧极限,极限就是用来打破的!这不是无知者无畏般的狂妄自大,而是科学发展颠扑不破的真理。

所谓的理论极限只是当前阶段技术发展的目标,永远都是暂时的,因为任何的科学理论都只是暂时的。这种反复自我打脸、自我证伪的过程就是科学发展的过程。

所以, 若是有一个文明想在距离地球六千五百万光年的地方看向地球,我们设想对方的方式是建立一个口径达几光年的望远镜;这是不是很像我们去问北宋的一个掌柜,您家生意要是大了一百万倍的话账该怎么算啊,他回答我们说,多雇一百万个账房先生。

毕竟,让他想破头,他也想不出“电脑”这回事。让我想,我也想不出来。但我知道,这个事儿肯定不是通过多雇一百万个账房先生来解决的。

以扯淡的角度考虑,我觉得控制虫洞或者宇宙膨胀与收缩、高维空间时间轴逆向更靠谱。^^