時空與四矢量
因果律與光速壁壘
因果律就是一個樸素的要求:原因要先於結果——你先按下開關,燈才亮起,絕不會反過來。相對論把這一點磨礪成一條精確的幾何法則:原因必須落在結果的過去光錐之內,近到足以讓一個速度不超過光的信號,把影響從這一處帶到那一處。光錐並不只是一張圖,它是「什麼能影響什麼」的邊界。
這正是為什麼光速是一道絕對的宇宙速度極限,而不只是我們恰好知道的最快的東西。倘若有任何信號、粒子或物質能跑贏光,它就會跨出光錐之外,於是某些觀察者——運動狀態不同,卻同樣有效——就會看到結果先於原因發生。秩序將就此瓦解:原則上你甚至可以安排好讓燈先熄滅,然後你才去伸手按開關。為了讓因果對每個人都保持同一種次序,任何攜帶資訊的東西都不得超過 c。
有必要仔細分辨這道極限究竟禁止什麼、不禁止什麼。有些東西確實看起來比光更快——掃過月面的雷射光斑、波的相位、遙遠空間的膨脹——但它們都無法把一個可用的信號或一個真實的物體從一處送到另一處,所以都不會威脅因果律。這道壁壘攔的是「傳遞影響」,而不是每一種表面上的運動。正是這一細緻的區分,使相對論既能容許看起來很奇怪的效應,又仍舊守護著世界的次序。
cause → effect allowed only if s^2 = (c Δt)^2 - Δx^2 ≥ 0 with Δt > 0
只有當兩個事件類時或類光分隔——即落在光錐之內或之上時,影響才可能傳遞。
量子糾纏常被說成是「超光速」的,但它無法發送任何信號——那些隨機的結果,只有當雙方事後透過一條普通的、慢於光的通道對照筆記時,才會顯得彼此吻合。所以糾纏同樣沒有打破這道極限。
又稱
另見