狹義相對論(入門)
光錐
光錐回答一個簡單的問題:站在此時此地,我究竟能影響宇宙的哪些部分,又有哪些部分可能曾影響過我?因為沒有任何訊號——沒有推力、沒有訊息、沒有任何一種影響——能跑得比光快,所以每一起事件周圍都有一道硬邊界,而這道邊界畫在時空圖上,形狀就是一個錐。它把整個時空分成「可及」與「永遠不可及」。
精確地說:從一個選定的事件出發,想像一道閃光朝各個方向向外擴散;在時空圖上,那些光線描出一個向上朝未來張開的錐面(未來光錐),以及一個向下朝過去張開的鏡像錐(過去光錐)。未來錐內的事件,可由某個慢於光的東西從此地抵達——它們是你的因果未來。過去錐內的事件,可能曾送出訊號到此地——你的因果過去。兩錐之外的一切都是「他方」(elsewhere):在空間上太遠、在時間上太短,任何影響都無法在任一方向跨越這道鴻溝。
光錐是因果的幾何守護者。無論怎麼運動,每位觀測者都同意哪些事件落在你的光錐內、哪些落在外,因此所有觀測者對「什麼能造成什麼」都取得一致——即使同時性並非絕對,因果性卻是絕對的。彼此都在對方光錐之外的兩起事件,時間先後可依參考系而異,這完全沒問題,正因為兩者誰也無法影響誰。
太陽約在 8 光分之外,所以一場太陽閃焰的光錐要在它爆發 8 分鐘後才抵達地球——在那之前,閃焰所做的任何事都碰不到我們。一顆 100 光年外、50 年前閃焰的恆星,仍在我們的過去光錐之外:它的消息根本還沒到。
只有落在你過去光錐內的事件可能已抵達你;也只有你的未來光錐才是你仍能影響的範圍。
光錐由 c——光的真空速率——所決定,且對每位觀測者都相同;正是這一點,讓因果在「現在」是相對的情況下依然絕對。任何攜帶能量或資訊的東西,都不會從錐內越界到外側的「他方」。
又稱
另見