Dibuat oleh: roberto.c.alfredo di physics pada
Два наблюдателя следят за одной и той же парой событий. Оба согласны с тем, что события произошли, но могут приписывать им разные расстояния и разные промежутки времени.
На первый взгляд это кажется проблемой. Если один наблюдатель измеряет одно расстояние, а другой — другое, как они всё же могут соглашаться в том, что события разделены времениподобным, светоподобным или пространственноподобным интервалом?
Дело в том, что теория относительности не сохраняет пространство и время как две отдельные величины. Она сохраняет их определённую комбинацию: интервал пространства-времени.
Если геометрическая картина пока непривычна, полезной отправной точкой будет статья Световые конусы: что на что может влиять в пространстве-времени?. Световой конус располагает события внутри своей границы, на ней или за её пределами. Интервал пространства-времени позволяет получить ту же классификацию расчётом, без обращения к диаграмме.
Пространство и время меняются вместе
Рассмотрим два события, \(A\) и \(B\). В одной инерциальной системе отсчёта различия их координат равны
$$ \Delta t = t_B-t_A $$
и
$$ \Delta x = x_B-x_A. $$
Другой наблюдатель, движущийся с постоянной скоростью относительно первого, может получить другие значения как для \(\Delta t\), так и для \(\Delta x\). Ни одна из этих величин сама по себе не одинакова для всех инерциальных наблюдателей.
Но меняются они не произвольно. Когда движение наблюдателя изменяет измеренное расстояние между событиями, измеренный промежуток времени меняется вместе с ним вполне определённым образом. Именно эту взаимосвязь и выражает интервал пространства-времени.