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如何理解“时间光锥”? 第1页

  

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关于光锥问题,要先搞清楚什么是“过去”,什么是“未来”。

在我们的直觉中,事件发生是有先后顺序的,以先后顺序来定义过去与未来似乎符合我们的常识。然而狭义相对论告诉我们,先与后也是相对的,你认为先后发生的两个事件,在另外的观察者眼里未必是这样。

准确地说,过去与将来是从事件之间的影响关系来定义。一个事件的发生,会产生影响力,并且影响力会在一定范围内传递,且传递速度不会超过光速。事件会对这个范围内的其他事件产生影响,但却不能影响这个范围之外的事件。只有能受到事件影响的事件才能称为事件的未来,同样只有能对事件产生影响的事件才是事件的过去。

那个这个影响范围如何界定呢?当我们按下电灯开关,电灯就亮了。如果将按下开关称为事件A,电灯点亮称为事件B。可以说事件B是在事件A的影响下发生的。在常识中,事件A与事件B几乎是同时发生的,但如果设想开关在A地,将电灯安装到距A地30万公里(光每秒走的距离)以外的B地(PS:思想实验,忽略导线电阻等因素),就会变得有趣了。当你在A地0秒时刻按下开关,B地1秒后灯才会亮。对于在B地0秒到1秒之间发生的事件,虽然看似发生在事件A之后,却并非事件A的未来,因为事件A的影响力传递到B地已经是1秒后了,它们在事件A的影响范围之外了。对于一个事件,它的影响范围除了与时间有关,也与空间有关,准确地说就是四维时空中一个区域,也就是图中的“将来光锥”。

回到题主中的图形,其实是将三维空间省略了一维,变成了二维空间加一维时间,在这个三维时空中,将事件发生的点定为原点,事件的影响力向外“辐射”,离事件空间距离越远的地方,影响力到达的时间越滞后。比如,事件能影响30万公里外1秒后的事件,而只能影响60万公里外2秒后的事件。如果只考虑二维空间,那么事件的影响范围就是一个圆锥的形状。圆锥里面是事件的未来,称为类时。圆锥表面是事件影响范围的边界,称为类光。圆锥外面与原点事件毫不相干,称为类空。




  

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