第163夜 以有限为无限(第4/4页)
说,布鲁内托在《珍宝之书》中提出的地球几何的描述是从内在几何学的角度(从内部看),而非外在几何学(从外部看),而这恰恰是把球面概念从二维推广到三维时最适合的描述方式。描述三维球面的最佳方式不是尝试“从外部看”,而是去描述在内部运动时会发生什么。
高斯提出的描绘曲面的方法,以及由黎曼推广的描绘三维或更高维空间曲率的方法,实际上都是布鲁内托·拉蒂尼的方式。也就是说,这个想法不是要以“从外面看”的视角来描绘弯曲的空间,说明它在外部空间如何弯曲,而是要从一个在这个空间内部运动的人的视角来描述。
例如,布鲁内托观察到,在普通球体的球面上,一切沿“直线”的运动在走过相同的距离(赤道的长度)后都会回到起点。三维球面就是具有同样属性的三维空间。
爱因斯坦的时空并不是外部空间意义上的弯曲,它指的是内部几何上的弯曲,换句话说,从内部观察到的两点之间的距离,不遵循平直空间的几何学。在这个空间里,毕达哥拉斯定理并不成立,正如毕达哥拉斯定理在地球表面不成立一样。
有一种方法能让我们从内部理解空间曲率,无须从外部去看,这对后面要讲的内容很重要。想象你处在北极点,一直向南走到赤道,随身携带一个指向前方的箭头。一到赤道,你就向左转,但不改变箭头的方向。箭头仍然指向南,现在位于你的右手边。沿着赤道向东前进一些,再转向朝北——仍然不改变箭头的方向,现在指向你身后。当你又到达北极点后,就完成了一个闭合回路——术语称为“圈”——箭头不再指向你出发时的方向。在完成回路的过程中,通过箭头改变的角度可以测算出曲率。
后面我会在空间中绘制一个圈,再来谈这种测量曲率的方法。这就是使圈量子引力得名的“圈”。但丁在1301年离开佛罗伦萨,当时洗礼堂圆屋顶上的镶嵌图案快要完工。描绘地狱的镶嵌图也许在中世纪的人眼里很恐怖,可对但丁来说一直是灵感的源泉。
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