廣義相對論與幾何

度規(時空度規)

度規是這樣一個數學物件:它告訴你相鄰兩點之間的真實距離,以及相鄰兩事件之間真正流逝的時間。它寫作 ds^2,作用就像把尺子和鐘合二為一的局部量具:把兩個鄰近的點交給它,它便返回兩者之間實際的間隔。一旦你知道處處的度規,你就掌握了整個幾何;而在廣義相對論中,這意味著你掌握了重力場。

想像一幅山區地圖。印出來的平面地圖看起來處處一致,但度規就是那條額外的規則,它說明地圖上每一公分在各處對應多少真實的公尺,包括地形如何被拉伸和傾斜。在彎曲時空中,度規對空間與時間這四個維度做著同樣的事,告訴你鐘錶和尺子在不同地點如何表現。

遠離任何質量時,度規退化為狹義相對論中那個平直的度規,時間與空間按熟悉的、類似畢氏定理的法則組合在一起。靠近恆星或行星時,它會變得翹曲,把諸如深處重力中鐘錶變慢、光線彎折之類的效應編碼其中。求解愛因斯坦方程,就是為給定的物質和能量分布找出度規。

flat: ds² = −(c dt)² + dx² + dy² + dz²

平直時空的度規;重力表現為度規 g_{μν} 偏離這個簡單形式。

同一種物理幾何,會因所選座標不同而寫成形態迥異的度規;只有像間隔這樣與座標無關的量才具有物理意義。

又稱
metric tensorg_{μν}线元度量