時空與四矢量
世界線
世界線是一個物體穿越時空所走過的完整路徑——不僅是它去了哪裡,還包括它在存在的每一刻位於何處。在時空圖上,它是一條從物體誕生延伸到消亡的連續曲線,穿過該物體所經歷的每一個事件。即使是一個完全靜止不動的東西,也有自己的世界線:它待在原地,卻仍在時間中穩穩地向上行進。
因為沒有任何東西能跑贏光,所以每個有質量物體的世界線都必須比 45° 更陡——比光線更接近豎直。一條筆直的世界線意味著勻速、不受力的運動;一條彎曲或折拐的世界線則意味著物體正在加速,被某種力推著。讀出任意一點處的斜率,就能知道物體在那裡跑得多快。
世界線最深刻的特徵,是它按時空度規所量出的「長度」——這並不是你的尺會讀出的長度,而是物體自身的鐘沿途記錄下的時間,也就是它的固有時。兩位旅行者分別後又重逢,他們的世界線長度通常並不相同,因而衰老的程度也不一樣。這正是雙生子佯謬的幾何核心:在紙面上看起來走了更長路徑的那一位,實際經歷的固有時反而更短。
τ = ∫ dτ along the worldline, dτ = sqrt(dt^2 - dx^2/c^2)
固有時 τ 就是世界線的時空「長度」——物體自身的鐘所記錄的時間。
與直覺相反,在時空中,連接兩個事件的筆直世界線所對應的固有時是最長的,而不是最短的——這與普通空間裡的直線恰好相反。加速(也就是折拐的世界線)總會讓你少經歷一些時間。
又稱
另見