闵可夫斯基时空表：解析相对论中的时空运动现象

1907年，赫尔曼·闵可夫斯基发明了闵可夫斯基时空表，帮助我们形象地认识物体在时空中的运动，并以图表的方式解释了相对论中的一些匪夷所思的现象。

闵可夫斯基时空表实际上是一个坐标体系，纵轴y轴表示时间，x轴和z轴表示一个或两个空间维度，整体就像一个透视图。如果你习惯用块状宇宙的方法去解读这个坐标系的话，这里的时间切面是全部垂直堆在一起的，底部就代表过去。每一个切面都是一个类空间超曲面。实际上，这些时空快照都是三维的，并非平面，但块状宇宙是四维空间，我们想象起来就会比较困难。

闵可夫斯基时空表并没有用点来代表一个物体，而是用一条线，这条线就包含了所有时空点，它就是这个物体的世界线。如果物体处于匀速运动状态，那么它的世界线就是一条直线，如果有任何外力作用，直线就会弯曲。如果一个物体的世界线与另一个物体的时间线相交，则两个物体在该点出现碰撞。时间轴的单位通常为秒×光速，所以光线的时间线与各轴成45度角。

光的运动速度是最快的，这制约了时空中事件之间的影响。如果可能的话，一个事件衍生出的所有光速世界线会向外延展形成一个不断变大的圆圈，就像池塘中小鱼跳起形成的涟漪一样。想象这些飞快的圆圈一个接一个地堆在时间线上，这些圆圈一个比一个大，经过堆叠，它们便形成一个头朝下的圆锥，顶端就是这个时间的起始点，这个圆锥被称为锥形光束。这个事件未来的锥形光束可以标志出时空中对该事件有影响的所有未来事件。因为光移动速度最快，所以处于锥形光束以外的所有事件都不可能影响这一事件或者获悉这一事件。

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爱因斯坦在苏黎世理工学校读书时曾师从闵可夫斯基，他的学习态度并不受老师喜欢。在与马克斯·玻恩谈论相对论时，闵可夫斯基曾说：“爱因斯坦上学时非常懒，能发现相对论真是让人大吃一惊……那时他都懒得学数学。”

由该事件衍生出的世界线中，除了未来锥形光束，还有一个与其对称的过去的锥形光束。这两个锥形光束将时空分为三个区域。未来锥形光束内的区域是该事件的绝对未来，它包含该事件可能导致的所有事件。过去锥形光束内的区域是该事件的绝对过去，它包含导致或影响该事件发生的所有事件。过去锥形光束之外的所有事件都对该事件无任何影响。处于过去和未来锥形光束之外的所有事件都可以称为“他处事件”。“他处事件”和该事件无任何关系，对其无任何影响，也不受其影响。不同的观察者也可以对某事件的锥形光束达成一致意见，这一点非常有意义。

英国物理学家斯蒂芬·霍金曾以此分析太阳熄灭后对地球的影响。因为光从太阳到达地球需要时间，所以太阳熄灭八分钟后，地球才会进入该事件的未来锥形光束，我们也就才能获知此事。在此之前，我们完全不受太阳熄灭的影响。

并不是所有事件都会发光，所以没有光也可以形成锥形光束。简单来说，锥形光束就像一幅时空地图，展示出与中心事件有关联的所有事件的界限。时空中的所有事件都有自己的锥形光束，因此时空的构成便是无数无限套叠的锥体。