Czasoprzestrzeń

Ogłoszona przez Einsteina szczególna teoria względności opiera się na dwóch postulatach.

  1. Prawa przyrody są takie same we wszystkich inercjalnych układach odniesienia.
  2. Prędkość światła w próżni jest taka sama we wszystkich inercjalnych układach odniesienia i nie zależy od ruchu źródeł i odbiorników światła. 

Konsekwencją tych postulatów jest związek pomiędzy współrzędnymi w przestrzeni trójwymiarowej i czasem. Przestrzeń i czas tworzą w szczególnej teorii względności czterowymiarową czasoprzestrzeń, w której każdemu punktowi przypisuje się cztery współrzędne . Współrzędne te opisują zdarzenie, które zachodzi w określonym punkcie przestrzeni i w określonej chwili czasu.

Pamiętamy, że odległość pomiędzy dwoma punktami w przestrzeni trójwymiarowej określona jest wyrażeniem

.

 (10.1)

Odległość pomiędzy dwoma punktami w czasoprzestrzeni nazywamy interwałem i określamy wzorem

 (10.2)
Zauważmy, że odległość ta  jest niezerowa nawet wtedy, gdy zdarzenia zachodzą w tym samym punkcie przestrzeni trójwymiarowej. Punkt w czasoprzestrzeni nosi nazwę punktu świata, a zbiór punktów opisujących przemieszczenia danego ciała w czasie i przestrzeni tworzy linię świata. Linie te mieszczą się wewnątrz  stożka zwanego stożkiem świetlnym lub stożkiem Minkowskiego.

 
  Stożek ten  (Rys.10.2.) opisany jest równaniem

(10.3)

Trajektorie wszystkich sygnałów, które rozchodzą się z danego punktu z  prędkością światła znajdują się na powierzchni tego stożka. Wszystkie o prędkościach  mniejszych mieszczą się wewnątrz stożka.

Stożek ten określa przeszłość i przyszłość zdarzenia . Wszystko co w przeszłości mogło mieć wpływ na zdarzenie mieści się w dolnej części stożka. Wszystko co może stanowić przyszłość tego zdarzenia mieści się w części górnej. Wszystkie  zdarzenia z obszaru "gdzie indziej" ani nie mogły mieć wpływu na zdarzenie w przeszłości, ani nie mogą mieć w przyszłości; nie pozostają z tym zdarzeniem w żadnym stosunku przyczynowym.  Wszystkie działania, które odbywały się z prędkościami mniejszymi od prędkości światła mieszczą się wewnątrz stożka i pokazane są na rysunku zieloną linią. Linia ta nosi nazwę linii świata zdarzenia . 
Rys.10.2. Stożek Minkowskiego. Cała przeszłość i przyszłość zdarzenia mieści się w obrębie stożka.