如何在擦肩而过的高铁上看到对面人的脸？当然这不是金粉世家的剧情｜张双南专栏

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原创 2017-09-07 张双南 果壳科学人

作者：张双南，中科院高能物理研究所研究员

编辑：晓岚

高铁到底有多快？

金粉世家的女主角冷清秋回答：老师，这些我们都知道啊！

如下图照片，高铁的速度是大约每小时300公里，9月份提速之后恢复每小时350公里。

供图：张双南

当然，如果这就是众所周知的答案，我就不会写这篇短文了。

那么，和金粉世家的剧情有什么关系？金粉世家的主人公冷清秋和金燕西，曾经的恋人，最后坐在南来北往的火车上，错过了对方。假设两人都坐在列车靠近的一面而且都是靠窗，而且在列车错过的瞬间，两人之间发生了量子纠缠，同时向窗外望去，他们能够看清对方吗？

金粉世家的主人公金燕西和冷清秋。

答案取决于他们的相对速度。为了方便起见，让我们假设他们的两个列车当时的速度是每小时60公里，他们的相对速度就是每小时120公里（由于速度远远低于光速，我们就直接用了伽利略速度叠加原理，而不是爱因斯坦的狭义相对论的速度叠加公式），也就是每分钟2公里，每秒钟33.33米。人眼分辩动态场景的速度大约是每秒24帧，因此两列车相对驶过时，在他们各自的眼睛里留下的对方的分辨率就是33.33米/24，约等于1.4米。因此，他们能够看到对方，但是肯定看不清，除非两个人各自举着一个大于1.4米的红色的心，否则根本识别不出对方啊。

即将擦肩而过的金燕西和冷清秋。

那么如果换成高铁呢？情况就非常不浪漫了：分辨率就变成了大约7米，换句话说，即使对方就是一个恐龙，你也没法看出来，举着一个巨大的红色的心也不行啊！他们看到的对方列车里面的所有人的大小都比他们眼睛的分辨率低，也就是水平方向顶多就是和一个点的效果一样而已（相当于一个模糊的点），由于垂直方向没有相对速度，因此看到的一个人的效果就和一个竖直的一段线的效果没有明显的区别！

实际上，在人眼曝光时间的1/24秒的时间里，一个人就被拉开成了至少7米宽的大胖子！不管多么潇洒或者美妙的身材，都变成了至少7米宽的大胖子！因此减肥不减肥，身材好不好，这个时候就真的无所谓了！

供图：张双南

上图就是我在高铁上用手机拍到的擦肩而过的对面高铁的照片，除了能够看到我自己的手在窗户玻璃上的影子和对面高铁的车厢以外，车厢里面啥都看不清，就算是对面的女孩儿看过来，我也是完全注意不到啊！

当然，我的手机的快门速度大概是1/30秒到1/20秒，和人眼的曝光速度差不多，所以上面的照片和我眼看到的的确是差不多。但是，如果要是使用高速摄影机，情况就会很不同了。比如，如果要把分辨率提高到0.1米（假设这种情况下双方因为彼此很熟悉就可以辨认对方，虽然还是看不清脸部的表情），那么在高铁的情况下就需要把快门速度提高70倍，也就是大约每秒曝光1700次。

这并不难做到，一般的高速摄影机的曝光速度是每秒1000到10000帧，而且市面上的超高速摄影机可以做到每秒曝光几十万次，在高铁这种情况下，分辨率可以达到比一毫米还清楚，当然就不仅仅可以看清楚对方，而且可以看清楚对方脸上激动的表情了！所以下次出门坐高铁的时候，还是带着一个超高速摄影机吧，这样就可以拍下对面擦肩而过的高铁上帅哥美女的照片了！

致谢：感谢苟利军关于使用高速摄影机的建议和谢祎对运动物体在人眼留下的影像的指正。

作者名片

排版：晓岚

题图来源：123RF

科学人问答

张双南专栏精彩回顾：

第一则：我知道宇宙有多迷人

第二则：打通科学圈的“任督二脉”

第三则：如果掉进黑洞，我们能看到什么？

第四则：科学家的日常都在做些什么

第五则：宇宙中遥远的相似性

第六则：浩瀚的宇宙是我们的征途