时空与四矢量
光锥
想象在某一个事件处,一束光突然亮起,向四面八方扩散开来。在时空图上,这个不断膨胀的光球会描出一个向未来张开的锥面。与之对应,还有一个向过去张开、朝下的锥面——那是所有可能汇聚到这个事件上的光线的集合。这两个锥面合在一起,就构成了该事件的光锥。
光锥不只是一个好看的形状:它把时空的其余部分干净利落地分成三个互不相同的区域。上方锥内的一切,是这个事件的绝对未来——它有可能去影响的地点与时刻,因为你无需超过光速就能到达那里。下方锥内的一切,是它的绝对过去,是那些可能曾经影响过它的事件。两个锥之外的一切,则是「他处」:在空间上太远、在时间上又太短,任何东西都无法抵达——在因果上被彻底隔断。
让这个结构意义深远的,是每个人都对它意见一致。两位运动状态不同的观察者会让自己的时间轴与空间轴倾斜,会对时长各执一词,却绝不会对「某个事件是落在某条光锥内还是锥外」产生分歧。光锥对他们所有人都是同一个,因为光速对他们所有人都相同;而这种共同的认定,正是让因果在整个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
未来光锥包含了从该事件出发、无需超过光速就能到达的每一个地方。
处于「他处」(两个锥之外)的事件,在任何绝对意义上都无法排定先后——不同观察者可以对「哪个先发生」意见不一。只有落在某人光锥之内的事件,才具有人人共享的、固定的先后顺序。
又称
另见