第二章 空间和时间（6 / 9）

图，向上增加方向是时间，水平方向是其中个空间座标。不管另外两个空间座标，或者有时用透视法将其中个表示出来。（这些被称为时空图，如图2.1所示。）例如，在图2.2中时间是向上，并以年作单位，而沿着从太阳到α-半人马座连线距离在水平方向上以英哩来测量。太阳和α-半人马座通过时空途径是由图中左边和右边垂直线来表示。从太阳发出光线沿着对角线走，并且要花4年时间才能从太阳走到α-半人马座。

正如们已经看到，麦克斯韦方程预言，不管光源速度如何，光速应该是样，这已被精密测量所证实。这样，如果有个光脉冲从特定空间点在特定时刻发出，在时间进程中，它就会以光球面形式发散开来，而光球面形状和大小与源速度无关。在100万分之1秒后，光就散开成个半径为300米球面；100万分之2秒后，半径变成600米；等等。这正如同将块石头扔到池塘里，水表面涟漪向四周散开样，涟漪以圆周形式散开并越变越大。如果将三维模型设想为包括二维池塘水面和维时间，这些扩大水波圆圈就画出个圆锥，其顶点即为石头击到水面地方和时间（图2.3）。类似地，从个事件散开光在四维时空里形成个三维圆锥，这个圆锥称为事件未来光锥。以同样方法可以画出另个称之为过去光锥圆锥，它表示所有可以用光脉冲传播到该事件事件集合（图2.4）。

图2.4

对于给定事件P，人们可以将宇宙中其他事件分成三类。从事件P出发由个粒子或者波以等于或小于光速速度运动能到达那些事件称为属于P未来。它们处于从事件P发射膨胀光球面之内或之上。这样，在时空图中它们处于P未来光锥里面或上面。因为没有任何东西比光走得更快，所以在P所发生东西只能影响P未来事件。

类似地，P过去可被定义为下述所有事件集合，从这些事件可以等于或小于光速速度运动到达事件P。这样，它就是能影响发生在P东西所有事件集合。不处于P未来或过去事件被称之为处于P他处（图2.5）。在这种事件处所发生东西既不能影响发生在P东西，也不受发生在P东西影响。例如，假定太阳就在此刻停止发光，它不会对此刻地球发生影响，因为地球此刻是在太阳熄灭这事件光锥之外（图2.6）。们只能在8分钟之后才知道这事件，这是光从太阳到达们所花时间。只有到那时候，地球上事件才在太阳熄灭这事件将来光锥之内。同理，们也不知道这时刻发生在宇宙中更远地方事：们看到从很远星系来光是在几百万年之前发出，在们看到最远物体情况下，光是在80亿年前发出。这样当们看宇宙时，们是在看它过去。

图2.5

图2.6

如果人们忽略引力效应，正如1905年爱因斯坦和彭加勒所做那样，人们就得到称为狭义相对论理论。对于时空中每事件们都可以做个光锥（所有从该事件发出