時空與四矢量

光錐

想象在某一個事件處,一束光突然亮起,向四面八方擴散開來。在時空圖上,這個不斷膨脹的光球會描出一個向未來張開的錐面。與之對應,還有一個向過去張開、朝下的錐面——那是所有可能匯聚到這個事件上的光線的集合。這兩個錐面合在一起,就構成了該事件的光錐。

光錐不只是一個好看的形狀:它把時空的其餘部分乾淨俐落地分成三個互不相同的區域。上方錐內的一切,是這個事件的絕對未來——它有可能去影響的地點與時刻,因為你無需超過光速就能到達那裡。下方錐內的一切,是它的絕對過去,是那些可能曾經影響過它的事件。兩個錐之外的一切,則是「他處」:在空間上太遠、在時間上又太短,任何東西都無法抵達——在因果上被徹底隔斷。

讓這個結構意義深遠的,是每個人都對它意見一致。兩位運動狀態不同的觀察者會讓自己的時間軸與空間軸傾斜,會對時長各執一詞,卻絕不會對「某個事件是落在某條光錐內還是錐外」產生分歧。光錐對他們所有人都是同一個,因為光速對他們所有人都相同;而這種共同的認定,正是讓因果在整個宇宙中保持固定次序的根本。

future cone: c t > sqrt(x^2 + y^2 + z^2), t > 0

未來光錐包含了從該事件出發、無需超過光速就能到達的每一個地方。

處於「他處」(兩個錐之外)的事件,在任何絕對意義上都無法排定先後——不同觀察者可以對「哪個先發生」意見不一。只有落在某人光錐之內的事件,才具有人人共享的、固定的先後順序。

又稱
null cone光锥结构