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Supposons qu’un instrument situé en un point donné émette un signal. Deux secondes plus tard, une station éloignée enregistre une alerte.
Le premier événement a-t-il pu provoquer le second ?
La réponse ne dépend pas simplement des mots avant et après. Elle dépend de la distance entre les événements, du temps qui les sépare et de la possibilité qu’une influence quelconque ait parcouru cette distance à temps. La relativité nous fournit un diagramme qui permet de répondre précisément à cette question : le cône de lumière.
On présente souvent le cône de lumière comme une illustration de la règle selon laquelle rien ne se déplace plus vite que la lumière. C’est exact, mais cette formulation ne met pas l’accent au bon endroit. L’utilité fondamentale du diagramme est de montrer quels événements peuvent être reliés causalement. La vitesse de la lumière est importante parce qu’elle délimite le domaine des influences possibles.
1. Partir d’un événement
En relativité, un événement est quelque chose qui se produit en un lieu et à un instant précis : un détecteur se déclenche, une lampe s’allume, un message arrive. Pour construire un diagramme de cône de lumière, on commence par choisir un tel événement comme point de référence.
Imaginons maintenant que cet événement émette un éclair lumineux. À mesure que le temps passe, la lumière se propage dans toutes les directions de l’espace. Dans l’espace ordinaire à trois dimensions, le front d’onde en expansion prendrait la forme d’une sphère.