
在漢英詞典視角下,“測地線”(Geodesic)是微分幾何和物理學中的核心概念,指曲面上兩點間長度最短的路徑,或在廣義相對論中描述物體在引力場中的自由運動軌迹。以下從定義、數學表述及物理意義三方面進行解釋:
基本定義
測地線可定義為“曲面上的自平行曲線”,即在局部範圍内連接兩點的最短路徑。在平面上對應直線,在球面上則體現為大圓弧。其核心特性是曲面上曲線的測地曲率恒為零(來源:中國科學院數學百科術語。
數學表述
設曲面參數方程為 (mathbf{r}(u,v)),測地線滿足微分方程: $$ frac{d u^k}{ds} + Gamma{ij}^k frac{du^i}{ds} frac{du^j}{ds} = 0 $$ 其中 (Gamma{ij}^k) 為Christoffel符號,(s) 為弧長參數。該方程描述了路徑的“直線性”在彎曲空間的推廣(來源:Wolfram MathWorld。
在廣義相對論中,測地線方程描述質量體在引力場中的運動規律。愛因斯坦場方程表明:物質分布決定時空曲率,而自由落體沿時空測地線運動。例如GPS衛星軌道修正需考慮地球引力場導緻的測地線效應(來源:NASA廣義相對論應用指南。
權威參考來源
中國科學院數學科學研究院. 數學百科術語:測地線. 訪問鍊接
Weisstein, E. W. Geodesic. MathWorld. 訪問鍊接
NASA Astrophysics Data System. General Relativity and Geodesics. 訪問鍊接
測地線是幾何學和物理學中的重要概念,以下是綜合多來源的詳細解釋:
測地線是曲面上兩點之間的最短路徑,可視為直線在彎曲空間中的推廣。其概念源于大地測量學,用于研究地球形狀時的“大地線”。在廣義相對論中,物體沿四維時空的測地線運動,而三維空間中觀察則呈現彎曲軌迹。
在歐式空間中,測地線方程簡化為: $$ frac{dx^mu}{dtau} = 0 $$ 其中$tau$為粒子本征時間。
如需進一步了解數學推導或相對論中的具體應用,可參考、5、8等權威來源。
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