Пусть во дворе мальчишки играют в футбол. Удар … и раздается звон разбитого стекла. Ясно, что предстоит серьезный разговор. А может быть, мальчишкам удаст­ся избежать неприятности, если они умело используют законы природы? Вот один из юных футболистов объясня­ет пострадавшему, что тот ошибается: окно разбили не они. Пусть он об этом спросит у только что пролетавшего над двором летчика, который может подтвердить, что сна­чала разбилось окно, а только потом мальчик ударил по мячу.
Мысль сама по себе остроумная: взять в свидетели человека, который наблюдал за событиями, будучи в дру­гой инерциальной системе. Может быть, действительно, в системе отсчета самолета события происходили в обрат­ном порядке? К сожалению, такая надежда не осуществи­ма. Удар мальчика по мячу и его попадание в окно мя­чом — такие события, временную последовательность ко­торых никак нельзя изменить, независимо от того, в какой бы системе мы их ни рассматривали.

Пусть во дворе мальчишки играют в футбол. Удар … и раздается звон разбитого стекла. Ясно, что предстоит серьезный разговор. А может быть, мальчишкам удаст­ся избежать неприятности, если они умело используют законы природы? Вот один из юных футболистов объясня­ет пострадавшему, что тот ошибается: окно разбили не они. Пусть он об этом спросит у только что пролетавшего над двором летчика, который может подтвердить, что сна­чала разбилось окно, а только потом мальчик ударил по мячу.
Мысль сама по себе остроумная: взять в свидетели человека, который наблюдал за событиями, будучи в дру­гой инерциальной системе. Может быть, действительно, в системе отсчета самолета события происходили в обрат­ном порядке? К сожалению, такая надежда не осуществи­ма. Удар мальчика по мячу и его попадание в окно мя­чом — такие события, временную последовательность ко­торых никак нельзя изменить, независимо от того, в какой бы системе мы их ни рассматривали.
Теория относительности показывает, что в природе можно выбрать пары событий, временная последователь­ность которых во всех инерциальных системах остается одинаковой. Такие события не будут даже одновременными ни в одной инерциальной системе. В этом нетрудно убе­диться на приведенном выше примере.
Как только мальчик ударит по мячу, сигнал света от этого события начнет распространяться в пространстве по всем направлениям со скоростью с. Скорость мяча значи­тельно меньше скорости света. Сигнал света давно уже минует окно, когда мяч коснется стекла. Сигнал от разру­шения стекла также начнет распространяться в простран­стве со скоростью света. Так как оба сигнала движутся с одной и той же скоростью, то ясно, что второй сигнал никогда не обгонит первый. Сигналы света не встретятся никогда, всегда впереди будет идти первый, а за ним вто­рой сигнал. Следовательно, любой наблюдатель, как бы он ни двигался, решит, что сначала мальчик ударил по мячу и лишь затем разбилось стекло. Временная после­довательность этих двух событий во всех инерциальных системах будет одной и той же. Вопрос причинности — один из интереснейших вопросов природы.
Пусть на поверхности Солнца произошла мощная вспышка. На Земле отметили удивительно яркое полярное сияние. Может ли одно из этих событий быть причиной другого? Теория относительности дает путеводную нить для решения вопросов такого рода. Ясно, что причина всегда должна предшествовать следствию. Если в какой-нибудь инерциальной системе вспышка на Солнце происходит до появления полярного сияния, а в другой системе события идут в обратном порядке, т. е. полярное сияние наблюдается раньше вспышки, то ясно, что ни одно из этих событий не может быть причиной другого. Для таких событий временная последовательность вообще не будет определенной, а будет зависеть от того, в какой инерци­альной системе мы будем рассматривать эти» события. Так, например, описанные в предыдущем параграфе молнии совершенно независимые друг от друга явления. Ни одно из них нельзя считать причиной другого. Если же вспыш­ка на Солнце происходит в любой инерциальной системе до возникновения полярного сияния в атмосфере Земли, тогда возможно, что сияние было обусловлено вспышкой. Чтобы решить, действительно ли вспышка на Солнце выз-звала сияние, требуется, конечно, дополнительное иссле­дование.
Пары событий, временная последовательность которых зависит от инерциальной системы, назовем парами собы­тий пространственного типа. Такую пару событий образу­ют, например, две молнии, описанные в предыдущем параграфе. События в паре пространственного типа не могут быть причинно связанными между собой.
Удар мальчика по мячу и попадание мяча в окно обра­зуют пару событий другого типа. Это такие события, вре­менная последовательность которых не зависит от инер­циальной системы. Это пара событий временного типа. События, входящие в пары такого рода, могут быть при­чинно связанными.
Каковы же признаки, которые позволяют различать временные и пространственные типы пар событий?
Существенное отличие этих описанных выше пар со­бытий состоит в следующем.
Удары молний последовали друг за другом настолько быстро, что вторая молния сверкнула раньше, чем свето­вой сигнал от первой молнии достиг ее места. Окно же разбилось только после того, как его уже миновал световой сигнал от удара мальчика по мячу.
В паре событий пространственного типа второе событие происходит всегда до того, как туда поступит световой сигнал от первого события. В случае же пары событий вре­менного типа, напротив, второе событие происходит только после того или в тот же самый момент, когда световой сигнал от первого события дойдет до места второго. При­чинно связанными могут быть только события, относящие­ся к парам последнего типа.
Ни одно действие в природе не может распространять­ся со скоростью, превышающей скорость света. Если дей­ствие распространяется точно со скоростью света, то след­ствие происходит вслед за причиной сразу же, как только световой сигнал от события-причины достигнет места, где происходит событие-следствие. Если же действие распро­страняется медленнее света, то событие-следствие проис­ходит уже после того, как световой сигнал от события-причины пройдет место, где совершается событие-след­ствие.
Так обстоит дело и с полярными сияниями и вспышка­ми на Солнце. Вспышки на Солнце вызывают полярные сияния на Земле, а также магнитные бури, приводящие к помехам в коротковолновом радио диапазоне. Эти явле­ния не происходят мгновенно вслед за вспышками на Солнце. Вспышка порождает вокруг себя сильное магнит­ное поле; при вспышке в мировое пространство выбрасы­ваются частицы материи, скорость которых доходит до нескольких тысяч километров в секунду. Магнитное поле распространяется в пространстве с такой же скоро­стью, как и электрическое, поэтому уже через 8,3 минуты после вспышки магнитное поле достигает Земли. Этот сигнал о вспышке на Солнце приходит на Землю. Влияние же частиц проявляется не раньше чем через сутки — это время необходимо частицам, чтобы преодолеть расстояние от Солнца до Земли. Наблюдения как раз показывают, что наиболее интенсивные полярные сияния бывают примерно через 24 часа после появления на Солнце новых вспышек и пятен. Этим подтверждается, что причиной полярных сияний служат частицы материи, выбрасываемые во вре­мя вспышек на Солнце.