A:在HTM\PQ4.htm中的演示。现在(这些图示是从文章中提取的),我们尝试在三维表示空间中设计一组四个小球,它们形成一个四面体(一个高度可定向的物体),并沿着“径向测地线”掉入一个球形的喉部(球形)。
它们会“反弹”在该球形喉部上(根据我们所选择的表示空间的图像)。实际上,在三维超曲面上,测地线是连续的。
我记得,当我年轻的时候,常常在楼梯的扶手上看到镀铬的球。如果你居住的地方有这种物体,你可以用你的四只手来尝试,把小钢球扔上去。
反弹之后,这四个小球会形成一个倒置的四面体:
我们放大这个四面体以便更好地观察这种倒置。在初始配置中,它呈现如下:
我们“定向”它的面。例如,我们赋予一个A→D→B的路径方向等,使得将这种“运动”类比为螺旋钻的运动时,螺旋钻的尖端朝向外侧(箭头)。这样,四个面就被定向了。现在,我们将这个四面体与那些“反弹”在球形喉部上的小球形成的四面体进行比较:
面的定向被反转了。如果我的图画得更精确一些,这两个物体就可以放在镜子的两侧,一个是另一个的对映体。
对于施瓦茨希尔德来说,情况也是一样的:物体“从另一边”重新出现,如果我们可以“透过它们看到”,它们会呈现为对映体。但我们无法“透过它们看到”。为了“看到”,光子必须能够沟通这两个“相邻”的空间-时间区域,而这两个区域是P对称的。
顺便提一下,那些“非径向”轨迹又如何呢?测地线的计算显示这些轨迹是平面的,并且“反弹”在施瓦茨希尔德球上。参见下图。
还剩下关于时间变量的问题,前面简要地提到过。正如我之前所说,在变量选择方面,我们都有权利。这种选择完全是任意的,因为物体,即时空超曲面是“坐标不变的”,它独立于我们选择用来标记其上点(即“事件点”)的坐标。这些点是时空物体的四维超曲面中的点。
但是,如果这一切都是如此任意的,那么时间是什么?空间又是什么?
有一个时间是无法触及的,它是超曲面唯一的内在标量:这就是固有时。固有时是这个时空超曲面中的“长度”。我们假设物体只能沿着四维测地线移动。在一条测地线上,我们取一对点(A,B)。这两个事件点之间的距离Ds,除以c(一个常数,即远离球形喉部区域的光速),就是这两个“事件”之间的固有时Dt,无论选择何种时空坐标系统,这个量Dt都是具有内在物理意义的唯一量。
想象一下,你沿着地球表面的一条测地线(大圆)从点A走到点B。如果你说:
- 我从经度jA和纬度qA的点走到经度jB和纬度qB的点。
那么(jB - jA)和(qB - qA)这些量意味着什么?它们将取决于你决定将极点放在哪里,以及你选择的坐标系统。然而,如果你说:
- 我沿着这条测地线走了2347公里。
这个测量值无论选择哪种坐标系统都有意义。
我们已经看到,通过安装坐标,可以显示出一个或多个奇点。一个极点是一个经度j不再定义的地方。我们还看到,通过简单的坐标变换,可以消除一个“不想要的区域”(r < Rs),在那里会找到一个纯虚数的长度Ds。事实上,由于施瓦茨希尔德度规的初始形式导致了一个纯虚数的固有时(即长度),我们曾认为此时我们处于超曲面之外。没有绝对的坐标系统。但我们可以选择一个空间坐标,至少能消除奇点,我们就是这样做的。同样,也没有“绝对的宇宙时间”。在我们与Midy的最新论文中(如上所述),我们证明了“初始奇点”作为“我们宇宙的创生时刻”是由于时间参考变量的特定选择,而另一种选择不仅保留了所有可观测的物理量,包括红移,还消除了这个初始奇点,就像同名的罪过一样。因此,“大爆炸之前是什么?”这个问题就失去了意义。我承认这令人困惑,但这个问题源于时空范式。它等同于问:“黑洞中心有什么?”因此,使用“爱丁顿时间”(变量变换已在上文提到)改变时间坐标是完全合理的,因为这使得这种局部几何结构与闵可夫斯基时空(即相对论意义上的平直、无曲率、空的时空)连接起来。但其核心思想是能够用一个度规描述整个时空。再次强调,这一线索出现在群论中,并涉及施瓦茨希尔德度规的“等距群”的分析。
等距群 包含了所有使度规不变(因此使超曲面不变)的几何变换。球体的等距群是空间中的旋转群加上对称性(相对于通过其中心的平面或轴,或相对于中心点的对称性)。我们称这个群为O3(“三维正交群”的缩写)。见《几何物理B》的引言。它包含了所有这些内容。但如果去掉相对于轴、平面或点的对称性,它就变成了SO3(“三维特殊正交群”)。
施瓦茨希尔德的几何具有对称性。到目前为止,人们通常认为它具有SO3对称性(空间中的旋转)。但实际上,它的等距群是O3,因此包含P对称性(相对于一点的对称性)。重看前面的四面体。它相对于一点的对称体是第一个的P对称体。
在网站的“群”部分,我们展示了群如何“分泌”空间,更准确地说,是分泌几何物体。Souriau称这些为“群的种类”。因此,不是球体产生SO3群,而是相反。球体是这个群的种类。这里的“种类”是分类学意义上的(拉鲁斯词典。分类学:分类物种的科学)。我们说过,物理学家有时在不知情的情况下做数学,反之亦然。物理学家……