王莽|相对论(14)宇宙中没有平行线,任何平行线都会相交( 二 )


因此罗巴契夫斯基在世的时候他的几何并没有机会发表 , 因为任何人一看都认为是在胡扯 , 我们生活在一个平直的空间中 , 怎么能存在这种奇怪的几何?
现在我们知道罗巴契夫斯基说的是双曲几何 , 也就是在负曲率曲面(马鞍面)上的几何 。 在这种曲面上 , 过直线外一点至少可以做两条直线与已知直线平行 。
而且负曲率曲面上画一个三角形 , 其内角之和将小于180度 。
1854年 , 高斯的学生黎曼 , 还发现存在一种几何情况 , 在球面上三角形的内角和将大于180° 。
而且在一个球面上 , 无法做已知直线的平行线 。 黎曼更改欧氏几何的第五条公设 , 就发展出了椭球几何 , 称为黎曼几何 。
可以看出欧氏几何、罗氏几何、黎曼几何 , 这三种几何都描述了空间的形状 , 欧式几何描述的是平坦的0曲率空间 , 在其中可以做一条平行线 , 三角形的内角和等于180度 , 是其他两种几何的特殊情况 。
罗氏几何描述的是弯曲的负曲率空间 , 也就是马鞍的样子 , 在其中至少可以做两条平行线 , 三角形的内角和小于180度 。
黎曼几何描述的是弯曲的正曲率空间 , 也就是球形的形状 , 在其中不能做已知直线的平行线 , 三角形的内角和大于180度 。
现在有了可以描述弯曲空间的几何 , 爱因斯坦的理论就有了坚实的数学基础 , 他利用黎曼发明出来的数学工具度规张量 , 从数学上描述了弯曲的时空结构 , 开创了广义相对论 。
广义相对论认为 , 物质可以弯曲时空 , 曲率为正 , 空间曲率又告诉了物质如何运动!那么物质如何在弯曲的空间中运动?
当然是沿着空间的曲率运动 , 就像是我们在地球表面运动一样 , 按照的是地球表面的曲率在运动 , 当我们处在弯曲的空间中的时候 , 我们也会按照空间曲率运动 。
那么空间的曲率又如何体现呢?就是测地线 , 比如在地球上 , 两点之间最短的距离是过两点的大圆弧 , 这个大圆弧就是测地线 , 而且这个测地线还体现了地球的曲率 。
而在弯曲的空间中 , 测地线就是空间中两点之间最短的距离 。 光在空间中也不再沿着直线传播 , 而是沿着空间的测地线传播 , 测量弯曲空间中的测地线 , 我们就能测量出空间的曲率 。
所以说 , 在我们的地球上根本就没有所谓的欧氏平面直线 , 只有曲线 , 而且在地球这个局部的正弯曲空间中 , 也没有所谓的平行线 。
那么在整个宇宙中呢?欧氏几何中的平行线也只在局部成立 , 比如我们现在观察到可观测宇宙几乎是平坦的 , 没有任何曲率 , 所以在可观测宇宙这个尺度上 , 我们就认为存在平行线 。
但是整个宇宙空间我们依然认为是一个正曲率 , 也就是整个宇宙是闭合的球体 , 因此我们现在认为宇宙是有限无界的 , 就像是地球表面 , 有限大小 , 但是没有界限 。
你从地球表面不停的行走 , 找不到所谓的界限 , 只是在不停的兜圈子 。 宇宙也一样 , 朝着一个方向不断的前进 , 你会发现你其实是在兜圈子 。
因此爱因斯坦曾经说过这样一段话 , 如果你一直盯着前方看 , 你会看到你的后脑勺 。
意思是说 , 你的后脑勺反射出来的光 , 不断地飞行 , 会在宇宙中旅行一圈 , 又回到你的眼睛中 , 因为宇宙是一个闭合的球体 。
所以对于整个宇宙的形状来说 , 也就是没有所谓的平行线了 。