請問:如果有一個規模大到光年尺寸的顯示器,同時有一個靈敏度特別高的滑鼠,可否實現近光速甚至超光速移動?

RT,自身無計算機電子和物理專業背景,純屬好奇


天文學上有一個經驗,用來粗略判斷一個小光點到底是遙遠的星系,還是一個非常亮的小星體。標準很簡單——光度忽然出現變化的天體,幾乎不可能是星系。理由呢,就是光速的限制——星系的大小都以「光年」計算,無論什麼原因導致了星系光度的變化,這個「原因」都不可能在幾十年內傳遍整個星系(最小的星系也有上千光年的尺度)。所以,星系的光度要麼穩定,要麼一直在變化,不可能忽然開始變動,更不太可能出現周期變動。只有小天體才可能忽然整體變亮。基於這個理由,比許多星系還亮的「類星體」被判定為一個小天體:

科學網-關於類星體(quasar)

2.4.類星體是宇宙中最明亮的天體,它比正常星系亮1000倍。

2.5.類星體一般都有光變,時標為幾年。少數類星體光變很劇烈,時標為幾個月或幾天。從光變時標可以估計出類星體發出光學輻射的區域的大小(幾光日至幾光年)。類星射電源的射電輻射也經常變化。觀測還發現有幾個「雙源型類星射電源」的兩子源,以極高的速度向外分離。光學輻射和射電輻射的變化沒有周期性。

星體尺度與光變時標的關係

這個原理也可以用於你這個光年級的顯示器——如果滑鼠的移動方向和當前位置有因果關係,那顯示器肯定沒法正常使用——信號的傳播速度必然低於光速。所以你肯定不能看著屏幕,先確認滑鼠現在的位置,再一下子挪到相應的位置。必須忍耐超長的顯示滯後和操作滯後。

當然,如果滑鼠的移動不依賴於當前位置,只是反映你的操作(只改變信號,不看屏幕反饋),那還是可以用一用的。前面有人已經指出,光斑的移動完全可以超過光速。人在地球上旋轉一個超級手電筒,可以在月球或更遠的地方形成光斑,只要旋轉的足夠快,光斑速度一定可以超過光速,但這並不違反光速極限原則——光斑的當前位置和下一個位置之間沒有因果關係,兩個位置的成因都在於光源,而不在於光斑自身。只要光源傳輸信號的速度不超過光速,光斑或者說顯示器上的圖像速度是可以超過光速的。

作一個簡單的計算,在離你三十萬公里的地方放置一個球形屏幕,手電筒用一秒鐘旋轉360度。那麼光斑在球形屏幕上走過的距離是π*60萬公里,經過的時間是2秒(旋轉一秒,最後的光照到達光斑起點需要一秒)平均速度是光速的π倍。

但無論如何,你身邊的滑鼠(手電筒)動起來之後很久,光斑才會跟著動(信號傳到顯示器相應點的時間,加上顯示屏上的光線傳回你眼睛的時間)如果是月球那麼遠,那時間就是兩三秒。在上面的模型中,手電筒開始旋轉2秒後,你眼中的光斑才開始移動,光斑旋轉回出發點一秒後,你才能看到。這個問題很讓我懷念當初撥號,忍著幾秒鐘的滯後打聯機遊戲的時光啊……

還有一種可能,顯示屏上的標誌移動根本就是預設好的,每個像素都有獨立的控制裝置和預設程序(相互之間沒有因果關係),按照時間順序展示不同的色彩,比如說鑫月半將軍的人肉顯示器就可以(如果每個人都按自己的手錶來工作),當年春節晚會的千手觀音表演也採用了類似的方式(聾啞人聽不到節拍,完全靠記憶來表演)。這樣的顯示器,就算真的是人肉驅動,也不難在外觀上做出出超光速的圖像移動。只是依然沒有傳遞任何信息,更沒法用滑鼠進行即時控制。

最後還有一個問題——你站在什麼地方看這個顯示屏?如果是平面顯示屏的話,無論你坐在哪裡,顯示屏各個位置到達你眼睛的光程都不一樣。考慮到你造了一個幾光年大的顯示屏,怕是差異起碼要以月計算吧。所以,即便你放棄對屏幕的控制,在大多數情況下,你也看不到像樣的圖像——顯示屏某個角落的圖像和另一個角落的時差有一個月,你還能看到什麼?如果你換個座位,圖像播放的先後次序可能都會出問題。

唯一的解決方案是上面說的球面顯示屏,你站在球心位置看小電影,這才能流暢地播放清晰畫面,同時讓某些圖像穿越屏幕的速度超過光速。只是如果忽然有朋友走到身邊,你想關掉小電影避免尷尬是完全不可能的——首先你的滑鼠移動嚴重滯後,無法點擊關閉按鈕,其次,接下來幾年的播放內容已經離開了顯示屏,就算顯示屏立刻炸掉,這些光也會依次到達球心附近的觀影平台……

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我打了個噴嚏,1s之後三體人也打了一個噴嚏,這並不能表示我以每秒四光年的速度把感冒傳染了三體人。


要實現這種效果何必搞個光年尺寸級別的顯示器,兩個人帶著光源站在不同的地方以微弱的時間差快速打開和關閉手裡的光源就可以了。因為按照你們的理解,這個光源當然是超光速移動的啦。


大家都回復得很好了,我再來補充一點,當題主把這個光年尺寸造好了,並接通電源(先忽略電源供應能力)和主機,等了若干年後,電源終於點亮顯示器了。

然後題主開始在電腦面前研究游標超光速現象,(假設這個電腦主機上有一塊足夠牛逼的CPU和gpu完全可以計算存儲並傳輸光年尺寸的圖像數據)。

題主右手握住那隻靈敏度極高的滑鼠,手一抖,發現圖像沒有任何變化,再一抖還是沒有任何變化。

等了若干年後,題主終於等到了奇蹟出現那一刻,信號數據從顯卡發到顯示器並成功傳遞到這個光年尺寸顯示器的每一個像素點。

若干年後,題主終於在天文望遠鏡上觀察到游標在原來的位置消失,在顯示器的另外一個位置顯示。

就在這一瞬間,題主終於明白了什麼:這就好像銀河系兩段的星星在相互閃爍,我卻以為有物質在兩端移動。

題主終於耗盡了一生來觀察這個現象,題主卒


滑鼠游標並沒有移動。它只是從原位置消失,在新的位置出現而已。嚴格意義上說,這不是移動,只是原來在那裡的東西發生了變化。

所以,讓滑鼠游標超光速「移動」顯然是沒問題的——極端思考,我設計一個裝置,保證在我觀察的某一時刻,在一瞬間前在一光年遠的左邊亮起一個滑鼠游標,一瞬間之後這個游標滅掉,同時在一光年遠的右邊亮起一個游標,就實現了游標「移動」速度無數倍於光速的效果。

但這個過程中並沒有任何東西發生了超越光速的移動。

補充——

很多人混淆了幾個時間或者腦內預設了這個裝置必須是立刻操作立刻響應的,認為這個裝置不可能存在。這顯然是不對的。我完全可以設計這個裝置,在中間一點產生動作序列的信號(左邊亮起後滅掉,右邊等一瞬間再亮起),同時向兩點發射。只是從我開始移動滑鼠這一時刻起,到看到我答案所述的現象,需要至少半年而已。但半年後動畫觸發,滑鼠游標「超光速」了。

不過如果苛求用起來也和現在的電腦一樣的話,那確實沒法用光年尺度的顯示器了,不然延遲就在月級別。可以設置一個30光毫秒(近9000km)尺寸的顯示器,做同樣的事情,響應時間15毫秒,完全在現代滑鼠到屏幕的響應時間尺度內,滑鼠游標依舊「超光速」了。


相速度可以超過光速,不過沒什麼用,既不能通過這種方法超光速傳遞物質也不能傳遞信息。比如在電離層中電磁波的相速度就可以超過光速。

再比如,平面上一個圓和一個直線相交,直線以1m/s的速度離開圓心,他們的交點速度在相切之前會達到無窮大。然而沒有任何一個點真的加速到這個速度,只是交點表現成這樣而已。和光斑是一個道理。

我上面有些回復說錯了,說成群速度可以超越光速,應該更正為相速度。

另外,總結下一些錯誤的觀念;

1.說能,但是沒用的,要注意審題,這題問的是能不能,不是有什麼用。

2.說不能,傳輸信號也要時間的。要注意,信號傳過去確實需要時間,但是屏幕上的圖像運動速度和這個傳過去的時間關係不大,比方說以你為圓心,1光年為半徑做一個球狀屏幕,你用了1年傳了10s的視頻到每個像素,但是播放起來只需要10s,視頻內容是一隻鳥繞著中心飛一圈,這樣圖像上5s內鳥飛行了1.5光年。但不違背物理定律。只是你需要等2年才看的到這個10s的畫面。

3.說這種不是顯示器的,你給我找個0延遲的顯示器出來試試?所有的顯示設備都是有延遲的,只是這個比較大而已。

4.說這個說法是民科的,跟民科有個毛關係?生搬硬套公式而不看應用範圍才是民科的特點吧?


不能,因為實際上沒有任何移動。顯示器上像素是不動的,只是顯示的顏色發生了變化。


這個題不需要物理學和計算機知識。問問電視修理工吧。

圖像移動不是因為圖像真在動,而是每秒有好多幀在切換,或者說一個像素亮瞭然後滅掉與其距離很遠的一個點亮了,這可以表示移動,不代表這個點真在動。ok?


感覺這是"晃動手電筒超光速"的升級版


題主不蠢,題主這個問題挺有意思。

假設現在有一個長為一光年的顯示器。題主站在顯示器前面拿著滑鼠。起初指針在最左端的A點。題主一晃滑鼠,希望讓指針跑到一光年以外的B點。

我們知道,顯示器是由許多發光點組成的。指針出現在A點,是因為A點的發光點在發光。B點類似。起初A點發光,B點不發光。現在題主一晃滑鼠,A點不發光,B點發光。

但是B點怎麼知道「該我發光了」?實際上是滑鼠晃動的信號傳給電腦主機,主機給A點傳一個指令信號「你滅」,給B點傳一個指令信號「你亮」,兩點收到信號後按照指令行事。

所以說,這個問題的本質是信息從主機(或者說滑鼠)傳到了A和B,而非從A傳到了B。

有的答主說光斑不包含信息,這並不是問題的本質。就算光斑組成了含有信息的漢字(比方說中國隊10:0巴西隊),也不違背相對論。


你為什麼不直接說影子的速度可以超光速?

當然,影子不是實物。


註:視超光速這個標籤是我加的,關於視超光速可以看這篇答案:

晃動激光發射器,光速足夠遠末端的速度是否超越光速,有何意義? - 李鎮業的回答 - 知乎

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註:下文中存在任何數量問題,或者技術選擇有問題,那都是因為這些是我瞎編的,有錯誤歡迎指出我看見了馬上就改。

我們假設我們的顯示屏放在地球同步軌道3e6m,

我們使用帶有獨立無線電接收端的LED陣列作為顯示屏,

我們使用頻分復用+16-QAM技術和所有像素點通信,

(當然這樣做像素密度會比較小)。

假設我們有1024*1024=1048576個這樣的接收端,似乎有點多,假設我們的發射功率比較大,而且我們用的是16-QAM嘛也比較省帶寬(誤),我們用盡洪荒之力把信道寬度+保護頻帶做到了1khz,所以我們一共需要1GHz的帶寬,這樣我們似乎用1THz的載波是可以的…………好吧,我們把基站建設在撒哈拉沙漠總可以了吧。不過因為頻率很高,考慮到我們要用24位色再加上協議方面的佔用,我們理論上可以達到1e11Hz左右的刷新率……………不過,led的響應速度在1e-6s量級,也就是說我們刷新率達到1e6Hz還是可以的。

這個帶有接收端的LED,因為我們用盡洪荒之力提高帶寬,所以假設一個像素1m*1m吧。

所以我們的屏幕……1024m*1024m…………一次發不上去的話分成多次發射然後在天上組裝就好啦,反正我們每一個像素都是獨立的。至於電……我們先讓他們帶個大號三星充電寶慢慢充著,充一年用一秒總夠了吧,不會炸的,專業裝逼用這種電池還不能用啊,沒有氧氣怎麼炸嘛,你告訴我沒有氧氣怎麼炸嘛。

而且因為我們每一個像素點都是獨立工作的,所以我們的屏幕沒有掃描過程,所以不受掃描速度的限制。

好了我們充完電了,我們現在在地球上發出指令,游標停在屏幕的左上角(0,0)點,注意,我們每移動一次滑鼠,都要在6e6m/(3e8m/s)=0.02s後才能看到,不過無所謂,我們是要超光速的男人。

在讓滑鼠移動之前我們先算一下一個像素移動到另一個近鄰像素的最大允許速度:

v=1m/1e-6s=1e6m/s

也就是說,我們移動游標一個像素,你江在0.02s之後看到游標以1e6m/s的速度移動了1m。

摔。

刷新率不夠,但是我們可以讓像素跳著走啊,我們通過在下一幀點亮(0,0)到(300,400)斜線上的所有點,並將這些點的信號按照橫坐標不同依次順延一個信號周期(1e-9s),這樣總共順延3e-7s

v=500m/3e-7s=1.67e9m/s

哈哈我們超光速了,我們江在0.02+1e-6s後看到一條快速生成的斜線,斜線的生成速度是1.67e9m/s。

不過話說,就這麼個1024m*1024m的顯示屏我們為什麼非得發射到同步軌道上去啊,為什麼不能好好在地球上用啊。

嗯…………這個原因是這樣的,因為你本來是要造大個顯示屏的,大個的地球上放不下啊摔。

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大學物理里有介紹相速度和群速度的區別的,顯示器上「物體」的移動,不是真實世界裡的運動,理論上速度可以無限大。

沒必要用一個光年尺度做顯示器(因為真的很浪費啊)。給你個替代方法:現在一般電腦顯示器的刷新頻率是60hz,120hz,如果我有一個顯示器,刷新頻率達到10億赫茲,顯示器上有兩個相隔1米的點a,b,這一幀,a點點亮,下一幀一米外的b點點亮,那麼,你會驚訝地發現光點的移動速度達到了光速的3.3倍!

因為不承載能量和信息,所有這種移動在理論上是可行的,技術上可能比較難實現(鬼知道10億赫茲的刷新頻率會有什麼對現實世界的影響)。

回到原問題,可不可以做一個看上去超光速的電腦顯示器,答案是可以的,只是做到實時響應是比較難的(因為人的生命是有限的,生命對於每個人只有一次),我建議題主不妨用這塊屏幕看電影而不是玩遊戲,理論上,您可以跑到每個像素點,設置好每個點發光以及光到達地球的時間,然後回到地球,準備好瓜子花生和飲料,就可以悠哉悠哉地享受星空電影院了。這個時候,如果沒有霧霾,您就可以看到屏幕里的三體人(假設《三體》電影真的上映了)一秒鐘就跑到多少光年以外的地方了。

補充:根據狹義相對論,兩個事件之間的時空間隔s滿足,s^2=(ct)^2-(x^2+y^2+z^2)且不會隨慣性參考系的選取而變化,s小於0的2個事件不存在直接因果關係。


不能,電信號的傳遞不會超過光速,顯像管內的滑鼠也是要有電信號才會移動的。如果屏幕大到光年級別…你移動滑鼠可能半年滑鼠針才會動吧(滑鼠距離顯示屏的距離會不會是半光年?)


你的意思是讓屏幕上的游標從左下角一秒鐘移到右上角吧?然後這個對角線距離是60萬公里。於是游標就實現了兩倍光速的超光速運動?

那個不叫超光速移動,那是大尺寸顯示。

屏幕上的游標並不是一個物理質點。


游標的移動只是像素點輪流顯示而已,依照60hz的顯示器你只需一個對角線大約5000km的顯示器就能看到你說的這個,然而這毫無意義,因為事實上沒有任何東西超過光速。


傳統計算機肯定是不能的。

但如果把滑鼠運動軌跡的計算模塊放在滑鼠里,顯示器的渲染模塊也放在滑鼠里,並且滑鼠有很多個數據線連接顯示器的每一個像素,那麼還是有可能的。

畢竟在顯示器上滑鼠的移動,只是實際滑鼠移動的投影,並不攜帶信息。


如果你拿一隻激光筆照向月球,然後輕輕抖動,月球上光點的移動速度可以超過光速。

然而這並沒有什麼意義...因為並沒有什麼物質(或者信息)移動的速度超過光速,光點只是圖案而已。


這裡面存在兩個點,一個就是游標實際沒有移動,這個不說了

第二個是根據相對論,信息的傳遞速度也不能超越光速,而游標隨滑鼠移動攜帶了信息,所以理論上來講是不行的。實際上的話,電信號的傳遞也需要時間,基本如此。


我認為有可能。不討論物理以及計算機IO設備等基礎知識,如果你都能製造一光年尺度的顯示器了,很可能你已經掌握了基本達到甚至超過光速的理論基礎和技術方法。

不過有個bug,可以馬上讓你超過光速,那就是屏幕只有一個像素點!你滑鼠一直停留在這個像素上,你看,時時刻刻超光速,so easy!

就醬。


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