Световой конус

• Основы теории относительности

  • Теория относительности Эйнштейна описывает, как пространство и время изменяются в зависимости от скорости движения. 
  • Специальная теория относительности (СТО) описывает движение в инерциальных системах отсчета. 
  • Общая теория относительности (ОТО) учитывает гравитационные эффекты и применима к неинерциальным системам отсчета. 

• Световой конус в СТО

  • Световой конус — это путь, по которому распространяется свет от события в пространстве-времени. 
  • В двумерной плоскости свет от события образует круг, который расширяется или сжимается в трехмерном пространстве. 
  • Минковский предложил пространство-время, чтобы создать инвариантное пространство-время для всех наблюдателей. 
  • Световой конус играет ключевую роль в определении причинности, ограничивая события, которые могут влиять на событие E. 

• Математическая конструкция

  • В СТО световой конус — это поверхность, описывающая эволюцию вспышки света во времени. 
  • События, связанные с будущим и прошлым световым конусом, классифицируются на 5 категорий. 
  • Все наблюдатели согласны с тем, что события находятся в световом конусе, независимо от их системы отсчета. 

• Расширение и сжатие светового конуса

  • С течением времени световой конус увеличивается, охватывая все больше мест. 
  • В обратном времени световой конус прошлого события также расширяется, охватывая все более ранние времена. 
  • События, происходящие в разных местах и в разное время, всегда находятся за пределами световых конусов друг друга. 

• Применение в ОТО

  • В искривленном пространстве-времени световой конус включает в себя границу причинного будущего и прошлого. 
  • Гравитационное линзирование может искажать световой конус, делая его часть внутри причинного будущего или прошлого. 
  • В вакуумных областях тензор Вейля остается неизменным, отражая неизменность световых конусов.