廣義相對論與幾何
測地線
測地線是彎曲空間中最筆直的路徑,是直線概念的自然推廣。在平面上,測地線就是普通的直線;但在彎曲的曲面上,它會順著地形彎折。在地球表面,測地線是大圓,這正是為什麼遠距離城市之間的長途航班劃出的是彎曲的弧線,而不是你在平面地圖上隨手畫出的那條直線。
在廣義相對論中,自由下落的物體沿著彎曲時空的測地線運動。它並沒有被推或被拉,只是在翹曲的幾何所允許的範圍內走得盡可能直。一個拋出的球、一顆繞行的行星、一隻下落的蘋果,走的都是測地線;它們之所以在空間中彎曲,僅僅是因為大質量地球周圍的時空本身是彎的。
至關重要的是,光也沿測地線傳播,走的是光束所專屬的那一類測地線。由於大質量天體附近的時空是彎曲的,掠過太陽的星光會偏離直線,這個效應在1919年的日全食中首次得到證實。兩位沿平行測地線出發的旅行者,之後可能發現彼此漸漸靠攏或分開,彎曲正是透過這種方式顯現為重力的潮汐牽引。
on a sphere: geodesic = great circle (e.g. the equator)
在彎曲的曲面上,最筆直的路徑不是平面地圖上的直線,而是一條大圓。
測地線的「直」是指局部上從不轉彎,而不是「最短」:它是自由下落的物體實際遵循的路徑,無需任何力。
又稱
另見