نواحی فضا-زمان

وقتی در نسبیت خاص مساله فضا-زمان و در هم تنیدگی آن مطرح میگردد، ناخواسته مخروط نوری پدید می آید که البته نوع دیگری از بیان عدم جدایی فضا از زمان است...

در صورتی که در دستگاه X-t مقدار سرعت نور را برابر1 بگیریم مسیرهای فضا-زمانی تپ های نوری ، نیم سازهای چار ربع دستگاه مختصات میباشند.واگر این امر را به دستگاه مختصات X-Y-t تعمیم دهیم مسیرهای فضا-زمانی تپ نوری، یک مخروط سه بعدی را شکل میدهد که به آن مخروط نوری گوییم.

مبدا مربوط به حال ،tهای منفی گذشته و tهای مثبت مربوط به آینده میباشد.ناحیه ی داخل مخروط را ناحیه ی زمانگونه مینامند. بدیهی است که رویداد های مربوط به این ناحیه دارای سرعت های کمتر از سرعت نورند.(شیب نسبت به محور زمان بیانگر سرعت است (X/t) و تمام خطوط داخل مخروط دارای شیبی کمتر از خط فضا-زمانی تپ نوری اند).تمام رویداد های داخل مخروط به مبدا (حال) وصل مشوند.یعنی هر رویداد از گذشته به حال می آید و سپس به آینده میرود.اما ناحیه خارج از مخروط را ناحیه ی فضاگونه میگویند.اگر رویدادی خارج از مخروط باشد نمیتواند به راس مخروط(حال) متصل شود چون لازمه ی این کار سرعت بالاتر از سرعت نور است و بنا بر اصل موضوع دوم نسبیت چنین چیزی غیر ممکن است.یعنی رویداد های خارج مخروط بر رویداد های واقع در راس مخروط بی اثرند.

اما مساله ای که با بیان این مطالب پیش رو قرار میگیرد این است که آیا ممکن است توالی دو پدیده ی رخ داده در یک دستگاه از نظر ناظر دستگاه دیگر به هم بخورد.به بیان دیگر آیا اصل علیت پا برجا میماند؟ یعنی اگر در دستگاه 1 پدیده ی B بعد از A رخ داد آیا از نظر تمام ناظر های لخت چنین مشاهده خواهد شد.با استفاده از تبدیلات لورنتس میتوان نشان داد که اگر این اتفاق در ناحیه ی زمانگونه رخ دهد تمام ناظر های لخت پدیده ی B را بعد از A گزارش میکنند.یعنی توالی رعایت میشود.اما در مورد پدیده هایی که در ناحیه ی فضاگونه رخ میدهند چنین نیست یعنی بسته به این که پدیده کجای ناحیه رخ دهد میتواند توالی رعایت شود یا نه.در واقع نظم رویداد ها میتواند معکوس شود.
اینجا دو مشکل به وجود می آید اول این که این مساله منطقی به نظر نمیرسد.فرض کنید من به دنیا بیایم و بعد از بیست سال یک نفر را بکشم ولی ناظری میبیند من قبل از این که به دنیا بیایم آن شخص را کشته ام.یا این که شخصی ببا سنگی به شیشه زده و شیشه را میشکند ولی ناظر دوم میبیند ابتدا شیشه شکست بعد سنگ به شیشه خورد!
دوم این که اصل علیت در اینجا نقض میشود.نسبیت میگوید: در ناحیه ی فضا گونه ممکن است معلولی قبل از این که علتش رخ دهد به وقوع بپیوندد.و چنین چیزی متناقض با علیت است.نسبیت یک نظریه است و علیت یک اصل اگر نظریه ای اصلی را رد کند یا آن اصل ،اصل نیست یا آن نظریه در این زمینه دچار اشکال شده است.