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为什么在引力场的作用下运动就相当于沿着一条可以测量出最长时间的轨迹?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-01-06 08:46:42

你对此感到困惑是对的,因为自由落体轨迹的定义通常是4D弯曲时空中的一条直线,而这条直线又被定义为经过时间最大的路径。所以,这样说来,自由落体物体遵循的路径有最大的运行时间,这听起来似乎是不言自明的。

事实上,自由落体重力轨迹的正确概念是在四维时空中用测地线来定义的。测地线是将直线概念推广到弯曲空间的一种方法。简单地说,测地线是一条路径,你总是沿着它走,而不旋转你的对称轴。我相信这在直觉上是有意义的。

引力场

注意:正确的定义有点复杂,需要一些微分几何的概念:

1、首先,你必须定义协变导数的概念,它允许在弯曲空间的不同点上连接方向和矢量的局部概念。

2、然后用协变导数来定义平行移动的概念,它可以让我们理解什么是在弯曲空间中沿直线保持方向。

3、最后,一旦你掌握了平行移动的概念,你就可以定义弯曲空间中的直线(即测地线)为一条直线,它在某一点上的切线方向是沿着另一点上的切线的平行移动。

进入广义相对论,通过将上述定义应用到时空的几何中,你会发现测地线总是具有最大固有时的时空路径,也就是说,观察者通过测得的最大运行时间的轨迹。

为了直观地理解这一点,考虑一下,如果你遵循另一条轨迹而不是自由落体的重力轨迹,那么你就应该相对于引力场加速,这就会导致经历与自由落体轨迹相比的时间膨胀。这反过来又会导致由你的时钟测量的少量时间,因此,最终,你不需要加速(因此不经历任何时间膨胀)的轨迹是导致测量到的最大时间的轨迹。
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