6). Относительность одновременности и причинность.
Из преобразований Лоренца следует, что если в системе K в точке с координатами x1 и х2 происходили два события одновременно (t1 = t2 = t0), то в системе K` интервал времени не будет равен нулю:
понятие одновременности - понятие относительное. События, одновременные в одной системе координат, оказались неодновременными в другой.
В этом случае возникает вопрос, Не может ли случиться так, что в одной системе координат причина предшествует следствию, а в другой, наоборот, следствие предшествует причине?
Чтобы причинно-следственная связь между событиями имела объективный характер и не зависела от системы координат, в которой она рассматривается, необходимо, чтобы никакие материальные воздействия, осуществляющие физическую связь событий, происходящих в различных точках, не могли передаваться со скоростью, большей скорости света.
Таким образом, передача физического влияния из одной точки в другую не может происходить со скоростью, большей скорости света. При этом условии причинная связь событий носит абсолютный характер: не существует системы координат, в которой причина и следствие меняются местами.
7). Световой конус.
При описании геометрических свойств четырёхмерного пространства-времени в СТО и общей теории относительности (ОТО) используется понятие светового конуса. Световым конусом, соответствующим данной точке пространства-времени, называется трёхмерная поверхность в этом четырёхмерном пространстве, образованная совокупностью мировых линий свободно распространяющихся световых сигналов (или любых частиц с нулевой массой покоя), проходящих через эту точку (вершину конуса). Таким образом, каждой точке четырёхмерного пространства-времени соответствует свой световой конус.
Рис.1. Световой конус
Уравнение поверхности светового конуса с вершиной в 0 имеет вид:
х2+у2+z2—c2t2=0
(с — скорость света в вакууме); это уравнение инвариантно относительно преобразования Лоренца. Точки (события) с х2+у2+z2 < c2t2 и t>0, t<0 образуют так называемые верхнюю и нижнюю полости светового конуса, соответственно – области I, II; события с х2+у2+z2>c2t2 образуют область III вне светового конуса.
События А, лежащие в области I, образуют так называемое абсолютное будущее по отношению к событию 0; событие 0 может оказать непосредственное воздействие на любое событие А, т.к. они могут быть связаны с 0 сигналами или взаимодействиями. Соответственно, события В в области II образуют абсолютное прошедшее для события 0; любое событие В может влиять на событие 0, сигналы из В могут достичь 0. События в области III не могут быть связаны с 0 никаким взаимодействием, т.к. никакие частицы и сигналы не распространяются быстрее света.
Таким образом, поверхность светового конуса отделяет события, которые могут находиться в причинной связи с 0, от событий, для которых это невозможно, — с этим связано фундаментальное значение понятия «световой конус». Наблюдатель, находящийся в 0, может знать только о событиях в области 0 и воздействовать только на события в области 0.
Рис.2. Световой конус для события
Если, например, Солнце вдруг перестанет светить, то в настоящий момент это никак не повлияет на земную жизнь, так как мы все еще будем находиться в области, внешней но отношению к той точке, в которой Солнце потухло (рис. 3), а узнаем обо всем лишь через восемь минут - время, за которое свет от Солнца достигает Земли. Только тогда происходящие на Земле события попадут в световой конус будущего той точки, в которой Солнце потухло. По той же причине мы не знаем, что в данный момент происходит далеко во Вселенной: дошедший до нас свет далеких галактик был испущен миллион лет назад, а свет от самого далекого наблюдаемого объекта шел к нам 8 тысяч миллионов лет. Таким образом, всматриваясь во Вселенную, мы видим ее в прошлом.