時空與四矢量
閔可夫斯基時空
閔可夫斯基時空是狹義相對論上演的四維舞台:三維的空間與一維的時間交織成一整塊布料。它不再把「在哪裡」和「在何時」當作兩個分開的問題,而只問「是哪一個事件」——這個點同時由一個時刻和一個地點來標記。赫爾曼·閔可夫斯基在 1908 年提出了這幅圖像,把愛因斯坦關於運動的鐘與尺的代數,改寫成一種新空間的幾何學。
讓這種幾何變得奇特的,是它度量距離的方式。在普通空間裡,你把各個方向上間隔的平方相加;而在時空裡,你卻要用空間部分減去時間部分,於是兩個事件之間的「間隔」可以是正、是負、或是零。正是這條「不定」的法則,使得光速對每個人都相同,並讓不同的觀察者在時長與長度上各執一詞,卻仍然對底層的幾何達成一致。
可以把它想成一張把全部歷史一次性鋪開的地圖——曾經發生、將要發生的每一個事件,都是這張地圖上的一個點,而一個物體的一生就是一條穿行其間的曲線。這張地圖是平直的,意味著重力被關掉了;它是狹義相對論的舞台。當質量與能量彎曲這個舞台時,你就跨入了廣義相對論與彎曲時空的領域。
s^2 = (c t)^2 - x^2 - y^2 - z^2
兩個事件之間的時空間隔:注意那些把時間和空間區分開來的減號。
閔可夫斯基時空是平直的——它描述一個沒有重力的宇宙。真實的重力會彎曲時空,那屬於廣義相對論,而非狹義相對論。
又稱
另見