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这里的关键就是度规,过去传统的那种x—t图像都是默认的欧氏度规,而且时间空间是没有关联的,只有三维有线长的概念(用欧氏几何或者说勾股定理定义)不存在时空间隔的概念,只有到了闵氏几何才有了四维空间,时空线长这一说。
先从头开始说,对于任何四维流形来说,它都是(拓扑)同胚于四维欧式空间R^4的。但是拓扑同胚是很低的要求,它还不能决定流形的度量结构。流形的度规可以人为选择,主要是出于物理上的考虑。欧氏度规和闵氏度规的区别只在于号差,闵氏度规在dt^2前有一个负号,而欧氏度规全是正的。我们说欧氏度规适用于牛顿理论而闵氏度规适用于相对论,这是因为欧氏度规不满足光速不变原理的要求。
比方说,对于ds^2=0的情况,很明显对欧氏度规只能是所有坐标全为零。而闵氏度规下还可以有ct=x,也就是光锥面。因此,欧氏度规下既没有光锥也没有类光矢量,因此可以存在超距作用,信息传播的速度可以无穷大,符合牛顿理论的要求。
反之,在闵氏度规下存在光锥,一切信息传播的速度不能超过光速,只有位于同一个光锥之内的事件间才有因果联系。这符合相对论的要求。因此,相对论要求时空流形的度规具有号差,没有引力的情况下时空必须是闵氏度规而不能取正定的欧氏度规。
2021年07月18日 16点07分