时空的绝大部分性质并不明显的依赖于坐标系,而是包含在65533; 65533;默默无闻的度规之中,就好像无论你给货币取的名字是欧
坐标系、度规、曲率和Minkowski时空
4维的常曲率时空分为3种:Minkowski(闵可夫斯基)时空、de Sitter(德西特)时空和anti-de Sitter(反德西特)时空。它们都是爱因斯坦引力场方程的真空解,分别对应零曲率、正曲率和负曲率的时空。
在这里我需要解释一下这些拗口的名词。为了描述时空的性质,首先我们要先建立起一套坐标系,时空当中的每一点都对应一个坐标。为了计算坐标和坐标之间的距离,我们还得建立起一套对应的距离计算法则,这就是度规。打个比方,我们说某沿海城市往东3公里,往南4公里的海面上形成了一个台风,那么我们会很容易的利用勾股定理计算出台风和城市之间相距5公里。假如我们不使用平面直角坐标系,而是用经纬坐标系的话,就不能再直接用勾股定理计算距离了。比如我们说台风在城市往东3度,往南4度的海面上,就不能再说台风到城市还有5度的距离了。在我们试图描述同一个时空对象的时候,可以根据需要采用不同的坐标系,同时也就意味着采用了不同的度规。在广义相对论中,时空的绝大部分性质并不明显的依赖于坐标系,而是包含在65533; 65533;默默无闻的度规之中,就好像无论你给货币取的名字是欧元还是美元,关键要看汇率是多少。时空的曲率(全称是Ricci曲率)是一个用来描述该时空某部分弯曲程度的数。要想得到这个数的话,人们需要将对应的度规代入一个能将人折磨得死去活来的复杂算式。如果时空的每个区域的弯曲程度都一样,我们就说它是常曲率时空。著名的爱因斯坦的引力场方程,实际上就是一个关于时空度规和物质分布的偏微分方程组,也就是说时空的弯曲是由度规的改变体现出来的。用那句名言来概括就是:"物质告诉时空怎样弯曲【1】,度规描述时空如何弯曲。"我们今天要比较的这3种时空,其实已经让方程中的物质项等于零,所以说是真空解。爱因斯坦方程中除了时空曲率项,物质项之外,还有一个大名鼎鼎的宇宙学常数项,于是那句名言在这里就 65533;65533;成"宇宙学常数告诉时空怎样弯曲。"(请参考《宇宙学中你需要知道的五件事情》)
