时空 - The mini wiki

在广义相对论里，重力波是时空的涟漪。当投掷石头到池塘里时，会在池塘表面产生涟漪，从石头入水的位置向外传播。当带质量物体呈加速度运动时，也会在时空产生涟漪，从带质量物体位置向外传播，这种时空的涟漪就是重力波。由于广义相对论限制了引力相互作用的传播速度为光速，因此两个宇宙物体间万有引力的感应会产生重力波的现象，我们可以想像在平面上放置一颗重球移动后，造成平面的时空扭曲波扩散出去要一段时间，之后才会对远方的另一颗球产生影响。相反地说，牛顿万有引力定律中的交互作用是以无限的速度传播，所以在这一理论下并不存在重力波。

物理学中，劳仑兹协变性是时空的一个关键性质，出自于狭义相对论，适用于全域性的场合。局域劳仑兹协变性所指为仅“局域”于各点附近无限小时空区域的劳仑兹协变性，此则出于广义相对论。劳仑兹协变性有两个不同、但紧密关联的意义：

引力波探测器是引力波天文学中用于重力波探测引力波的装置。重力波是加速中的质量在时空中所产生的涟漪。阿尔伯特·爱因斯坦在1916年首次提出引力波的概念。通过探测重力波，可以对广义相对论进行实验验证。常用的探测器有棒状引力波探测器和激光干涉仪等，这些探测器的主要运作原理是测量重力波通过时对两个相隔遥远位置之间距离的影响。1960年代起，多个重力波探测器陆续被建造与启用，并在探测器灵敏度上有不断的进步。现今，这些探测器已具备探测银河系以内与以外的重力波源的功能，是重力波天文学的主要探测工具。

在广义相对论里，重力波是时空的涟漪。当投掷石头到池塘里时，会在池塘表面产生涟漪，从石头入水的位置向外传播。当带质量物体呈加速度运动时，也会在时空产生涟漪，从带质量物体位置向外传播，这种时空的涟漪就是重力波。由于广义相对论限制了引力相互作用的传播速度为光速，因此两个宇宙物体间万有引力的感应会产生重力波的现象，我们可以想像在平面上放置一颗重球移动后，造成平面的时空扭曲波扩散出去要一段时间，之后才会对远方的另一颗球产生影响。相反地说，牛顿万有引力定律中的交互作用是以无限的速度传播，所以在这一理论下并不存在重力波。

杰勒西群是一个无限维对称群，其元素是满足爱因斯坦广义相对论方程的轴对称静态真空时空。杰勒西群由两个非阿贝尔群的子群产生：Matzner–Misner群和Ehlers群。Matzner–Misner群是与时空对称性和平稳性相对应的两个基灵矢量场的线性组合。

在一劳仑兹流形中，一条封闭类时曲线是一物质粒子于时空中的一种世界线，其为“封闭”，亦即会返回起始点。这种可能性是由威廉·范·斯托克姆于1937年以及库尔特·哥德尔于1949年开启研究风潮。若CTC存在，则时间旅行理论上似乎可行，如此也引出了祖父悖论的梦魇。CTC与参考系拖曳以及提普勒柱体有关，是广义相对论带来的众多有趣的“副作用”其中一者。

相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出给物理学带来了革命性的变化，它们共同奠定了现代物理学的基础。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“同时的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。不过近年来，人们对于物理理论的分类有了一种新的认识——以其理论是否是决定论的来划分经典与非经典的物理学，即“非古典的＝量子的”。在这个意义下，相对论仍然是一种经典的理论。

在广义相对论中，白洞是一种理论推测出来的时空区域，物质与光线无法进入这个区域中，但是可以从这个区域中向外放射。白洞的性质与黑洞相反，光与物质可以进入黑洞中，但是无法从黑洞中离开。这个理论最早由伊戈尔·德米特里耶维奇·诺维科夫在1964年根据对史瓦西解的计算，而提出这个假设。目前已经有许多证据显示黑洞存在，到现在还没有任何证据表明白洞存在，因此白洞仍然只是一种由理论推导而出的假想星体。白洞的存在也违反热力学定理，因为热力学认为熵不是保持不变就是增加，但白洞会使熵减少。于2012年发表的一篇论文认为宇宙形成最初的大爆炸是短暂喷发的白洞。在论文中，作者还认为白洞理论可以解释2006年发现的伽玛射线暴——GRB 060614。假设黑洞和白洞彼此连接，在其中连接的通道叫虫洞，这成为许多科幻小说的主题。

在物理里，场是一个以时空为变数的物理量。空间中弥漫着的基本相互作用被命名为“场”。场可以分为纯量场、向量场和张量场等，依据场在时空中每一点的值是纯量、向量还是张量而定。例如，牛顿万有引力定律重力场是一个向量场：标示引力场在时空中每一个的值需要三个量，此即为引力场在每一点的引力场向量分量。更进一步地，在每一范畴之中，场还可以分为“古典场”和“量子场”两种，依据场的值是数字或算符而定。

广义相对论是现代物理中基于相对性原理利用几何学语言描述的万有引力理论。该理论由阿尔伯特·爱因斯坦等人自1907年开始发展，最终在1915年基本完成。广义相对论将经典的牛顿万有引力定律与狭义相对论加以推广。在广义相对论中，引力被描述为时空的一种几何属性，而时空的曲率则通过爱因斯坦场方程和处于其中的物质及辐射的能量与动量联系在一起。