
在汉英词典视角下,“测地线”(Geodesic)是微分几何和物理学中的核心概念,指曲面上两点间长度最短的路径,或在广义相对论中描述物体在引力场中的自由运动轨迹。以下从定义、数学表述及物理意义三方面进行解释:
基本定义
测地线可定义为“曲面上的自平行曲线”,即在局部范围内连接两点的最短路径。在平面上对应直线,在球面上则体现为大圆弧。其核心特性是曲面上曲线的测地曲率恒为零(来源:中国科学院数学百科术语。
数学表述
设曲面参数方程为 (mathbf{r}(u,v)),测地线满足微分方程: $$ frac{d u^k}{ds} + Gamma{ij}^k frac{du^i}{ds} frac{du^j}{ds} = 0 $$ 其中 (Gamma{ij}^k) 为Christoffel符号,(s) 为弧长参数。该方程描述了路径的“直线性”在弯曲空间的推广(来源:Wolfram MathWorld。
在广义相对论中,测地线方程描述质量体在引力场中的运动规律。爱因斯坦场方程表明:物质分布决定时空曲率,而自由落体沿时空测地线运动。例如GPS卫星轨道修正需考虑地球引力场导致的测地线效应(来源:NASA广义相对论应用指南。
权威参考来源
中国科学院数学科学研究院. 数学百科术语:测地线. 访问链接
Weisstein, E. W. Geodesic. MathWorld. 访问链接
NASA Astrophysics Data System. General Relativity and Geodesics. 访问链接
测地线是几何学和物理学中的重要概念,以下是综合多来源的详细解释:
测地线是曲面上两点之间的最短路径,可视为直线在弯曲空间中的推广。其概念源于大地测量学,用于研究地球形状时的“大地线”。在广义相对论中,物体沿四维时空的测地线运动,而三维空间中观察则呈现弯曲轨迹。
在欧式空间中,测地线方程简化为: $$ frac{dx^mu}{dtau} = 0 $$ 其中$tau$为粒子本征时间。
如需进一步了解数学推导或相对论中的具体应用,可参考、5、8等权威来源。
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