一位高中生想要看到时间倒流，提出了这样的方案……
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通过这位高中生的办法，我们有办法看到地球上时光倒流，能看到2200多年前秦始皇登基吗？
看似理论上可行，但实际根本不可能。
作为高中生，题主依据「我看到的1万光年外星星所发出的光，其实是来自一万年前的」，设计了一个思想实验，并试图验证心中的想法，这其实是十分值得鼓励的。
而且题主的思想实验，其实并没有什么毛病。他的思想实验，本质上是意图看到地球上事件的倒放影像，而非讨论相对论效应。
我们不妨先详细探讨一下这个过程——如何才能看到地球事件的时光倒流？
对于旋转的地球，最开始发出的光走得最远。一个完整事件的光发射出去，应该是接近这样的路线：
当然，为了方便理解，这里的箭头画得都比较短。但实际，如果一个事件发生的时间为8个小时，当事件结束时，最后一缕光刚刚发出去时，最开始发出的与它垂直的光，已经跑出去了8634022790.4公里。
这个距离接近60个天文单位（也就是60个日地距离），而海王星的轨道大约在30个天文单位附近。也就是说，光实际的路线大致是这样的（红色箭头）：
也就是说，你想要看到地球事件的时光倒流，实际上就是要追上这一条光的路线，并且精准捕捉相应的光子，才能形成完整的倒放事件。
如果你想要画面视角不变，且倒放的速度和正常速度一样，的确在远离地球时，垂直地球表面的分速度需要稳定在2倍光速。对于非2倍光速，如果是1~2倍之间，由于捕捉光子的速度变慢了，实际相当于影像的倒流速度变慢了。而2倍以上的光速收集光子，倒流速度则加快了。
所以，对于题主的思想实验，当速度可以达到光速的绝对倍数时，整体上是没有大问题的。但其实题主这个思想实验，也并不一定非得需要跟着地球转。
对于两边箭头与地球交叉的封闭区域所发生的事件来说，无论地球怎么旋转，我们在中间箭头所处的整个象限，都是能够观察到的，当然，箭头方向的观察是最有利的。
那么根据事件不同时间段散射出来的光，在路经中间箭头时，进行从近到远的捕捉，同样可以理论上观察到逆流的事件画面。只不过，这样的情况下，看到的事件就是随着地球旋转发生的。另外， 事件逆流的速度，也并没有那么容易控制。需要通过三角函数计算分量，来确定速度。
以上方案都需要超光速，所以在真实时空中是不存在的。
其实，如果单纯为了捕捉倒流的画面，换一个思路，就能解决光速不可超越问题。
那就是在光要经过的路线上，安排连续不断的光子捕捉器。这样最先捕捉最远处的光子，就可能形成正画面。而最先捕捉最近处的光子，那自然是倒放的画面。由于本质上都是捕捉光子，这种方法其实和追光得到的最终结果，并没有区别。
然而，真正的问题在于，当距离足够远时。你根本就没有条件，捕捉到足够多的光子，形成有用的完整画面。
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，在可见光范围内，光的能量分布梯度具有最大的变化，可分辨的不同色彩的光之间单个光子的能量差距也很大。
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，这些都决定了我们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？
其实也不行。
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，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。前面我们计算出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1/863402279040002。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4.1×1015颗光子通过。
那么，对于1.34×10-25 lux来说，相当于3×1010 m2（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，也仅仅只能收集大约4250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。
我们可以经常在知乎或者互联网上，看到关于在多少光年外，看地球过去画面或者事件的问题。例如，在2200光年外，我们可以看到秦始皇登基吗？
从严谨的角度来说，答案只有一个：
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。
当然，如果未来人类能发展成超高等文明，还可以考虑一个方法来看天气晴朗时无遮挡的户外事件，那就是使用大小超过太阳系的超级天文望远镜。
来源：瞻云
编辑：紫竹与
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