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轨迹,路径。

广义相对论的基本思想是将物体的轨迹等同于测地线,无论物体是什么:行星、原子。我们将用二维曲面来说明这个概念。当然,这只是一个教学图像,因为四维测地线系统相当不同(事实上,相当丑陋)。
(23)

胡说!这是一个四维系统!

我知道,让-马里,我知道。这只是一个教学图像……

我们可以在一个钝锥上画出测地线。见图(24)。然后我们可以将其投影到一个平面上,如下方该图所示。
(24) 和 (24')

这意在唤起粒子在存在质量集中(灰色区域)的空间部分中的路径。一条线穿过灰色区域。这意味着它在物质内部运行。这可能吗?

中微子与物质的相互作用如此罕见,以至于它可以穿过太阳。这样做时,它将沿着四维超曲面的测地线运动。这就是为什么我们用穿过灰色区域的测地线来唤起这一点。

我们投影测地线的这个平面意味着什么?它不过是我们对宇宙的心理表征。我们认为它是欧几里得的。由于物体不沿直线运动,我们认为它们路径的弯曲是由于“力”。当彗星接近太阳、转弯并返回时,我们认为这是由于太阳对它的吸引引力作用。但这归因于空间的曲率。彗星沿着时空的测地线运动。在这个四维世界中,它“直行”。一切都直行,物质、光。

许多世纪以前,柏拉图发明了他的洞穴神话。据说人被囚禁在一个洞穴中。外面是“现实”。在里面,他们只看到这种现实投射在墙上的舞动影子。同样,我们对世界的心理表征是……一面墙,一个更复杂的四维结构被投影在其上。

广义相对论与曲率。

我们在上面说过,物质使空间弯曲,塑造了宇宙的几何形状,即“被称为宇宙的四维超曲面”的形状。在经典广义相对论中,局部曲率为正或为零。

我们将恒星、行星、原子等同于正曲率集中(我们将在后面看到什么是负曲率)。

在恒星、行星、原子之间,是我们称之为“虚空”的东西。但虚空存在吗?

对于物理学家来说,虚空、真空,是当你移除所有物质时得到的东西。

但空间能在没有物质的情况下存在吗?牛顿认为它可以存在。他是虚空的发明者。法国哲学家笛卡尔持相反立场。他认为在行星之间确实存在某种宇宙流体。他把宇宙想象成一杯茶,顺便说一句,这对一个法国人来说相当奇怪。笛卡尔确信这种空间流体推动天体,并沿其路径移动它们。例如,如果月球绕地球旋转,那是因为它被某种围绕我们星球的流体漩涡所捕获。

如果月球的经过在海洋中引起潮汐效应,按照笛卡尔的说法,那就是月球通过某种流体垫推动海洋的方式。他认为地球形状像一个拉长的椭球体。

牛顿持相反意见。他认为由于离心力,地球形状像一个扁椭球体。但牛顿也是一位炼金术士。你了解法国人:非常因循守旧。他们长期拒绝牛顿的观点。伏尔泰喜欢牛顿的观点。他为它们而战,并最终获胜。笛卡尔教授的宇宙流体变成了某种幻影,而牛顿教授的虚空则获得了坚实现实的地位。

牛顿完善了他的 vision,引入了瞬时超距作用(通过引力)的概念。后来人们表明地球符合牛顿的预测:它看起来像一个扁椭球体。

所以,牛顿是对的,笛卡尔是错的。

嗯,事情现在并不那么简单。首先,引力作用不是瞬时的。引力场以光速传播。其次,虚空并不像我们几个世纪前认为的那样空。

这就是科学的命运。一些想法在某些时期是对的,然后在某种意义上错了,在另一种意义上又对了。如此反复。它像钟摆一样摆动。

考虑一个真空泵,一个非常高效的真空泵。概念上它是一个简单的圆柱体,带有一个活塞。最初体积为零。然后我们拉活塞。圆柱体和活塞之间的连接如此之好,以至于没有分子、原子、任何粒子能进入。我们认为我们创造了一个完美的虚空。见图(24 bis)。

(24 bis)

但立即泵壁发出辐射,热辐射,即对应于红外线的光子。这些光子占据这个“完美虚空”,那里的压力并非严格为零,因为存在辐射压,微弱,但非零。

什么是光子。有人说它们具有零质量。那么,泵内的曲率如何。是零吗?它是空间的一个零曲率密度部分吗?

在下一节中,我们构建一个有两个锥点的曲面。见图25。

(25)

你拿一张纸,剪刀。你剪两刀并连接线段:

S1A 和 S1 B

S2 C 和 S2 D

但你可以用不同的方式做,如图(26)所示。
(26)

当你构建一个锥体时,你任意选择它将锥点朝向平面的哪一侧。在图(25)中,你自动为两个锥点选择了同一侧、同一方向。在(26)中,这些方向相反。

但锥点就是锥点,无论它指向哪个方向。如果你画测地线,内部有这样一个锥点,你将得到一个角度盈余,对应于那个集中的角度曲率。见图(27)。

(27)

如果你画一个由测地线构成的三角形,包含两个点 S1 和 S2,角度之和将是 180° + q1 + q2。

这一切意味着什么?

这是物质-反物质二元性的一个良好教学图像。
两者都具有正质量。两者都产生局部正空间曲率。
但它们是……不同的。所有这些将在《几何物理学 B》第1至4篇论文中详细解释。但是……别忘了你的那瓶阿司匹林。

物质和反物质具有不同的几何形状。它们在“额外维度”上不同。

物质加反物质给出光、光子。因此我们可以认为一个光子对应于两个物质和反物质的颗粒,粘在一起。

你可以用两个锥点 S1 和 S2 构建这样一个奇怪的曲面,彼此趋向对方。见图(28)。

(28)

该物体是对称的,这“解释”了为什么光子与其反粒子相同。

你可以用三条测地线画一个三角形。总和是 180° 加上 2q,这个小角度代表质量(两个分量,物质和反物质,质量相同)。
(29)

那么光子给出正空间曲率。我们的宇宙应该是质量和光子的混合物。两者都对其局部曲率有贡献。我们所谓的虚空是由联合的宇宙辐射光子(物理学家称之为“黑体”)组成的。这里一个黑体对应于绝对温度 2.7° K 的“宇宙烤箱”。

那么,根据经典广义相对论概念,在质量集中之间,由于光子的存在,空间略微弯曲。严格来说,如果想描绘一个周围没有物质的质量集中,他应该画:
(29 bis)

负质量对几何可能有什么影响?

如果这些质量确实存在,它们应该产生局部负曲率密度。