مخروط ضوئي
البناء الرياضي

في النسبية الخاصة، مخروط الضوء (أو المخروط الفارغ) هو السطح الذي يصف التطور الزمني لومضة ضوء في فضاء مينكوفسكي. يمكن تصور ذلك في 3 فضاءات إذا تم اختيار المحورين الأفقيين ليكونا أبعاد مكانية، في حين أن المحور العمودي هو الوقت المناسب.
مخروط الضوء مبني على النحو التالي. مع الأخذ في الاعتبار حدث ضوء فلاش (نبض الضوء) في الوقت t0، فإن كل الأحداث التي يمكن الوصول إليها بواسطة هذا النبضة من p تشكل مخروط الضوء المستقبلي لـ p، بينما تلك الأحداث التي يمكن أن ترسل نبضة ضوئية إلى p تشكل مخروط الضوء الماضي من p.
بالنظر للحدث E، يصنف مخروط الضوء جميع الأحداث في الزمان إلى 5 فئات مختلفة:
أحداث في مستقبل مخروط الضوء من E.
أحداث في ماضي مخروط الضوء من E.
الأحداث داخل مخروط الضوء المستقبلي من E هي تلك المتأثرة بجسيم مادي ينبعث من E.
الأحداث التي تحدث داخل مخروط الضوء في الماضي هي تلك التي يمكن أن ينبعث منها جسيم مادي وتؤثر على ما يحدث في E.
جميع الأحداث الأخرى تقع في مكان آخر (مطلق) من E وهي تلك التي لا يمكن أن تؤثر على E.
تسري التصنيفات المذكورة أعلاه في أي إطار مرجعي؛ وهذا هو، الحدث الذي يعتبر أنه في مخروط الضوء من قبل أحد المراقبين، كما سيتم الحكم عليه في نفس المخروط الخفيف من قبل جميع المراقبين الآخرين، بغض النظر عن الإطار المرجعي. هذا هو السبب في أن المفهوم قوي للغاية.
ما ورد أعلاه يشير إلى حدث يقع في مكان محدد وفي وقت محدد. إن القول بأن أحد الأحداث لا يمكن أن يؤثر على آخر يعني أن الضوء لا يمكن أن ينتقل من موقع واحد إلى آخر في فترة زمنية محددة. سوف يصل الضوء من كل حدث في النهاية إلى الموقع السابق للحدث الآخر، ولكن بعد وقوع تلك الأحداث.
مع تقدم الوقت، سينمو مخروط الضوء المستقبلي لحدث معين ليشمل المزيد والمزيد من المواقع (بمعنى آخر، الكرة ثلاثية الأبعاد التي تمثل المقطع العرضي لمخروط الضوء رباعي الأبعاد في لحظة معينة من الزمن تصبح أكبر في وقت لاحق مرات). ومع ذلك، إذا تخيلنا تشغيل الوقت للخلف من حدث معين، فإن مخروط الضوء السابق للحدث سيشمل بالمثل المزيد والمزيد من المواقع في أوقات سابقة. ستكون المواقع البعيدة في أوقات لاحقة: على سبيل المثال، إذا كنا نفكر في مخروط الضوء الماضي لحدث يقع على الأرض اليوم، فلن يكون هناك نجم على بعد 10000 سنة ضوئية إلا داخل مخروط الضوء الماضي في 10000 سنة أو أكثر في الماضي. يشمل مخروط الضوء الماضي لحدث على الأرض الحالية، عند أطرافه، كائنات بعيدة جدًا (كل كائن في الكون القابل للرصد)، ولكن فقط كما بدا منذ زمن بعيد، عندما كان الكون حديث السن.
يقع حدثان في مواقع مختلفة، في نفس الوقت (وفقًا للإطار المرجعي المحدد)، دائمًا خارج مخروط الضوء في الماضي والمستقبل؛ لا يمكن للضوء السفر على الفور. قد يرى المراقبون الآخرون أن الأحداث تحدث في أوقات مختلفة وفي أماكن مختلفة، ولكن بطريقة أو بأخرى، سيتم النظر إلى الحدثين على أنهما خارج الأقماع الأخرى.
في حالة استخدام نظام من الوحدات التي يتم فيها تحديد سرعة الضوء في الفراغ على النحو المحدد 1 بالضبط، على سبيل المثال إذا تم قياس المساحة بالثواني الضوئية ويتم قياس الوقت بالثواني، عندئذ، بشرط أن يتم رسم محور الوقت بشكل متعامد على المحاور المكانية، نظرًا لأن المخروط يقطع محاور الزمان والمكان، فسيظهر ميلًا بزاوية 45 درجة، لأن الضوء يسافر مسافة ثانية واحدة في الفراغ خلال ثانية واحدة. نظرًا لأن النسبية الخاصة تتطلب أن تكون سرعة الضوء متساوية في كل إطار من القصور الذاتي، يجب أن يصل جميع المراقبين إلى نفس الزاوية التي تبلغ 45 درجة للأقماع الضوئية. عادة ما يستخدم مخطط مينكوفسكي لتوضيح هذه الخاصية للتحولات لورنتز. في مكان آخر، جزء لا يتجزأ من المخاريط الخفيفة هي منطقة الزمكان خارج مخروط الضوء في حدث معين (نقطة في الزمكان). الأحداث التي تقع في مكان آخر من بعضها البعض لا يمكن ملاحظتها بشكل متبادل، ولا يمكن أن تكون مرتبطة بشكل سببي.