广义相对论与几何

测地线

测地线是弯曲空间中最笔直的路径,是直线概念的自然推广。在平面上,测地线就是普通的直线;但在弯曲的曲面上,它会顺着地形弯折。在地球表面,测地线是大圆,这正是为什么远距离城市之间的长途航班划出的是弯曲的弧线,而不是你在平面地图上随手画出的那条直线。

在广义相对论中,自由下落的物体沿着弯曲时空的测地线运动。它并没有被推或被拉,只是在翘曲的几何所允许的范围内走得尽可能直。一个抛出的球、一颗绕行的行星、一只下落的苹果,走的都是测地线;它们之所以在空间中弯曲,仅仅是因为大质量地球周围的时空本身是弯的。

至关重要的是,光也沿测地线传播,走的是光束所专属的那一类测地线。由于大质量天体附近的时空是弯曲的,掠过太阳的星光会偏离直线,这个效应在1919年的日全食中首次得到证实。两位沿平行测地线出发的旅行者,之后可能发现彼此渐渐靠拢或分开,弯曲正是通过这种方式显现为引力的潮汐牵引。

on a sphere: geodesic = great circle (e.g. the equator)

在弯曲的曲面上,最笔直的路径不是平面地图上的直线,而是一条大圆。

测地线的「直」是指局部上从不转弯,而不是「最短」:它是自由下落的物体实际遵循的路径,无需任何力。

又称
straightest path测地线短程线