Světelný kužel (nebo nulový kužel) je ve speciální teorii relativity plocha, která charakterizuje časový vývoj záblesku světla v Minkowského časoprostoru. Toto lze znázornit ve trojrozměrném prostoru, pokud se dvě vodorovné osy zvolí ke znázornění prostoru, zatímco svislá osa znázorňuje čas.
Světelný kužel je sestaven tak, jak se uvádí dále. Vezmeme-li jako událost p záblesk světla (světelný impuls) v čase t0, pak všechny události, na které může tento impuls p dosáhnout, vytvářejí světelný kužel budoucnosti pro událost p, zatímco ty události, které mohou vyslat světelný impuls k události p, vytvářejí světelný kužel minulosti pro událost p. Je-li dána událost E, světelný kužel řadí všechny události v časoprostoru do 2 různých kategorií: Události na (ve) světelném kuželu budoucnosti pro událost E.
Události na (ve) světelném kuželu minulosti pro událost E.
Uvnitř světelného kuželu budoucnosti pro událost E jsou ty události, které jsou zapříčiněné hmotnou částicí vyslanou z události E. Uvnitř světelného kuželu minulosti pro událost E jsou ty události, které mohou vyslat hmotnou částici a zapříčinit to, co nastane v události E. Všechny ostatní události jsou (absolutně) někde jinde, než je událost E a nemohou zapříčinit ani být zapříčiněny událostí E.
Výše uvedená členění se považují za pravdivá v jakékoli vztažné soustavě; to znamená, že událost, o které nějaký pozorovatel usoudí, že je ve světelném kuželu, bude posuzována také všemi ostatními pozorovateli, že je v tom samém světelném kuželu, bez ohledu na jejich vztažnou soustavu. To je důvodem, proč má tento koncept takovou přesvědčivou sílu. Výše uvedené odkazuje na událost, která nastává na přesně stanoveném místě a v přesně stanoveném čase. Tvrzením, že jedna událost nemůže způsobit událost druhou, se myslí to, že se světlo nemůže dostat z místa jedné události na místo události druhé v daném čase. Světlo z každé události se nakonec dostane do předchozího místa druhých událostí, ale až poté, co tyto události nastanou.
S postupujícím časem se světelný kužel budoucnosti dané události nakonec zvětší tak, že obsáhne stále více míst (jinými slovy, 3D koule, která zobrazuje průřez 4D světelného kužele v určitém časovém okamžiku se v později zvětší). Nicméně, když si představíme čas běžící zpět od dané události, podobně světelný kužel minulosti obsáhne stále více míst při postupu do minulosti. Vzdálenější místa budou v dřívějším čase: Například, představíme-li si světelný kužel minulosti nějaké události, která se dnes udála na Zemi dnes, hvězda vzdálená 10 000 světelných let, by byla uvnitř světelného kužele minulosti až v čase 10 000 let nebo ještě dříve. Světelný kužel minulosti nějaké události, kterou v současnosti pozorujeme na Zemi, zahrnuje na svých skutečných okrajích velmi vzdálené objekty (všechny objekty v pozorovatelném vesmíru), ale jenom tak, jak vypadaly kdysi dávno, když byl vesmír (ještě) mladý.
Dvě události na různých místech a ve stejném čase (podle vlastní vztažné soustavy či systému) se vždy jak jedna, tak druhá nacházejí mimo světelný kužel minulosti a budoucnosti té druhé události; světlo se nemůže šířit okamžitě. Jiní pozorovatelé mohou vidět, že události nastávají na různých místech a v různém čase, ale ať tak či onak, jedna i druhá událost bude pozorovatelná tak, že je vždy mimo kužel té druhé události.
Použijeme-li soustavu jednotek, v níž je rychlost světla ve vakuu definována přesně jako 1, například měříme-li prostor ve světelných vteřinách a čas ve vteřinách, pak za předpokladu, že časová osa je vedena kolmo k prostorovým osám, protože kužel protíná časovou a prostorové osy, bude mít sklon 45°, protože světlo během jedné vteřiny urazí ve vakuu vzdálenost jedné světelné vteřiny. Protože speciální (teorie) relativity požaduje, aby rychlost světla byla v každé vztažné soustavě stejná, všichni pozorovatelé musí dospět ke stejnému úhlu 45° svého světelného kuželu. K ilustraci této vlastnosti Lorentzových transformací se běžně používá diagram Minkovského. „Někde jinde“ je nedílnou součástí světelných kuželů, je to oblast časoprostoru mimo světelný kužel dané události (bod v časoprostoru). Události, kdy každá je někde jinde, jsou vzájemně nepozorovatelné a nemohou být propojeny kauzálně.
(45° obrázek či model má opravdu význam či smysl jenom v prostoro-prostoru, protože se snažíme pochopit časoprostor vytvářením prostoro-prostorových náčrtů. Prostoro-prostorový sklon se měří úhly a počítá se trigonometrickými funkcemi. Časo-prostorový sklon se měří rychlostí a počítá se hyperbolickými funkcemi.)
Wikipedia, translated by Káňa, T. (aktualizace 23. 6. 2021)