不仅望远镜本体需要星系级别的尺寸,其镜面部分也需要达到星系级的大小。然而,这样巨大的结构同样会因为自身质量过大,不可避免地塌缩成黑洞,根本无法建成。
新闻里说的望远镜看到几亿光年外的星球,是怎么看到的?
即使我们假设那个星系级的望远镜奇迹般地没有塌缩成黑洞,用它对准地球方向曝光几百年,可能也仅仅能接收到几个光子。
其次,地球自身不发光,我们只能依靠反射的微弱太阳光以及自身辐射的红外线。这些信号经过四亿光年的漫长旅程(往返距离),衰减程度是灾难性的。
除了距离导致的衰减,还需要考虑宇宙空间膨胀引起的红移效应。此外,四亿光年的星际空间中存在大量尘埃,会对光线产生强烈的阻挡和散射作用。
更微观层面,真空中量子效应产生的粒子对,会与来自地球的光子发生相互作用,造成信号畸变。即使不考虑具体复杂的计算,这些因素的叠加也是毁灭性的。
在这样的情况下,想要看清任何细节是不可能的。最多也就是拍到几个毫无意义的像素点,或者信号完全淹没在微波背景辐射中,连个毛都看不到。
要看到几亿光年外的地球,首先得有一个比银河系还大的望远镜。但这在物理上是不现实的,因为这样的望远镜质量太过巨大,自身的引力会不可抗拒地导致它塌缩成一个黑洞。
更糟糕的是,真空中量子效应产生的粒子对会与光子相互作用,导致图像畸变。即便你用这样的望远镜对准地球曝光几百年,大概率也只能收到几个光子。这连像素点都算不上,更别提看清了。最终这些信号只会淹没在微波背景辐射中,根本分辨不出来。
退一步讲,假设这台超级望远镜真的没塌缩,光线的衰减也是个大问题。地球本身不发光,我们看到的只是反射的微弱的阳光和自身辐射的红外线。经过四亿光年的漫长旅程,再叠加宇宙膨胀带来的红移,以及星际尘埃的阻挡,光线强度已经衰减到极限了。
从物理学的角度来看,想要看到几亿光年外的地球其实是个悖论。首先你得造一个质量超过银河系的巨型望远镜,但这么重的物体在引力作用下会瞬间塌缩成黑洞,根本无法存在。即使镜子做到了星系级,它也会因为自身质量太大而坍缩,所以根本不存在这样一台能用的望远镜。