广义相对论与几何

度规(时空度规)

度规是这样一个数学对象:它告诉你相邻两点之间的真实距离,以及相邻两事件之间真正流逝的时间。它写作 ds^2,作用就像把尺子和钟合二为一的局部量具:把两个邻近的点交给它,它便返回两者之间实际的间隔。一旦你知道处处的度规,你就掌握了整个几何;而在广义相对论中,这意味着你掌握了引力场。

想象一幅山区地图。印出来的平面地图看起来处处一致,但度规就是那条额外的规则,它说明地图上每一厘米在各处对应多少真实的米,包括地形如何被拉伸和倾斜。在弯曲时空中,度规对空间与时间这四个维度做着同样的事,告诉你钟表和尺子在不同地点如何表现。

远离任何质量时,度规退化为狭义相对论中那个平直的度规,时间与空间按熟悉的、类似勾股定理的法则组合在一起。靠近恒星或行星时,它会变得翘曲,把诸如深处引力中钟表变慢、光线弯折之类的效应编码其中。求解爱因斯坦方程,就是为给定的物质和能量分布找出度规。

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

平直时空的度规;引力表现为度规 g_{μν} 偏离这个简单形式。

同一种物理几何,会因所选坐标不同而写成形态迥异的度规;只有像间隔这样与坐标无关的量才具有物理意义。

又称
metric tensorg_{μν}线元度量