反德西特空间
非技术性的阐释
相关技术名词解释
托里拆利小号
最大对称洛伦兹流形:类似于广义相对论的时空,其中时间与空间在各方向都是数学上等价。
常数标量曲率:类似于广义相对论中引力造成时空弯曲,而在此情形下无物质或能量,曲率在时空中各处皆为单一数值。
负曲率:类似双曲空间的弯曲方式,形似托里拆利小号或马鞍面;与球面的正曲率情形相反。负曲率对应到吸引力,而正曲率对应到排斥力。
量子场论:描述基本作用力(比如电磁力、弱作用力、强作用力)的量子理论。
AdS/CFT对偶:由胡安·马尔达西那于1997年提出,阐述了四维时空中以量子场论描述的作用力可用弦论来描述,而弦处在多一维度的反德西特空间中。此对偶关系的重要性在于其陈述了量子场论可以用几何方式表示,有别于以往的陈述方式。
共形场论:具有标量不变性的量子场论。
广义相对论的时空
广义相对论是描述时间、空间与引力之间关系的理论,其中引力是时空因物质或能量存在而弯曲的表现。质量与能量是等价,两者关系式为
其中 c 为真空中光速。而时间与空间也是等价的,透过c可使两者单位一致。
广义相对论的效果常用一个类比方式来说明:一张弹性垫因为上面的重物而凹陷,经过重物附近的小球的行进路径因此受到影响,发生了路径的偏折。这样的效果在牛顿力学中视为一种“吸引力”。而“吸引力”是物体造成时空负曲率的表现;在弹性垫的例子,负曲率即类似于托里拆利小号形状的凹陷。广义相对论的特色也在于其将引力描述时空的弯曲,而非传统对力的描述(例如:电磁力)。
弹性垫的例子描述了二维空间因引力发生弯曲,背景为一个三维超空间,而第三维度对应到引力的影响。现实生活中则可类比地想作四维时空因引力发生弯曲,背景为五维超空间,而第五维度对应到引力与相关效应的影响。
较为大众所熟悉的牛顿万有引力定律
所描述的两物体因具有质量而彼此吸引,仅是广义相对论中引力效应的近似,在极端情形下则会失去预测精准度。两者其中之一差异在于广义相对论中,时空一同弯曲,而非仅只空间弯曲。平常情形下,时间的弯曲程度太小,以至于仪器无法区分牛顿引力理论与广义相对论的差别。
德西特空间与广义相对论时空的差别
正常的德西特空间与广义相对论时空最基础的差义在于:即使没有物质或能量存在,德西特空间仍有一些些的弯曲。如此内生性的时空曲率可与宇宙常数以及暗能量的概念相连结。
类似于之前的例子,关于德西特空间一个常用的类比为:弹性垫置于一球面上而发生些微的弯曲,因为球面极大而此曲率很小。空的德西特空间带有些微排斥力,物质间的万有引力与此排斥力相抵抗。正常德西特空间对应到正的宇宙常数,与目前天文学观测相符,而宇宙常数的值与德西特空间的曲率等价。从另个角度来看,德西特空间的“自身能量”造成了宇宙加速膨胀。
正、反德西特空间的差别
反德西特空间与正常的德西特空间相异,在不存在物质或能量的情形下,时空曲率是呈现双曲形式的。
运用上面的类比例子:想像一块弹性垫置放于鞍面上而产生弯曲,因为这个鞍面极大所以弯曲程度极小。如此对应到负值宇宙常数,目前在现实生活中尚未观测到此现象。反德西特空间的效果是宇宙会加速坍缩。
一如正常德西特空间,反德西特空间的曲率与宇宙常数等价,尽管数值上两者分别为一正一负。
五维几何:德西特空间与反德西特空间
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