时空与四矢量
世界线
世界线是一个物体穿越时空所走过的完整路径——不仅是它去了哪里,还包括它在存在的每一刻位于何处。在时空图上,它是一条从物体诞生延伸到消亡的连续曲线,穿过该物体所经历的每一个事件。即使是一个完全静止不动的东西,也有自己的世界线:它待在原地,却仍在时间中稳稳地向上行进。
因为没有任何东西能跑赢光,所以每个有质量物体的世界线都必须比 45° 更陡——比光线更接近竖直。一条笔直的世界线意味着匀速、不受力的运动;一条弯曲或折拐的世界线则意味着物体正在加速,被某种力推着。读出任意一点处的斜率,就能知道物体在那里跑得多快。
世界线最深刻的特征,是它按时空度规所量出的「长度」——这并不是你的尺会读出的长度,而是物体自身的钟沿途记录下的时间,也就是它的固有时。两位旅行者分别后又重逢,他们的世界线长度通常并不相同,因而衰老的程度也不一样。这正是双生子佯谬的几何核心:在纸面上看起来走了更长路径的那一位,实际经历的固有时反而更短。
τ = ∫ dτ along the worldline, dτ = sqrt(dt^2 - dx^2/c^2)
固有时 τ 就是世界线的时空「长度」——物体自身的钟所记录的时间。
与直觉相反,在时空中,连接两个事件的笔直世界线所对应的固有时是最长的,而不是最短的——这与普通空间里的直线恰好相反。加速(也就是折拐的世界线)总会让你少经历一些时间。
又称
另见