[科普中國(guó)]-世界線

世界線（英語(yǔ)：World line）是美國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦于其1905年論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》中提及的概念。

簡(jiǎn)介世界線（英語(yǔ)：World line）是美國(guó)物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦于其1905年論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》中提及的概念。他將時(shí)間和空間合稱為四維時(shí)空，粒子在四維時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)軌跡即為世界線。1在物理學(xué)上，世界線是物體穿越四維時(shí)空唯一的路徑，因加入時(shí)間維度而有別于力學(xué)上的“軌道”或“路徑”。

物理學(xué)用法在物理學(xué)上，世界線是時(shí)空中某物體的歷史所組成的事件序列，事件的發(fā)生與其前后演變可用四維坐標(biāo)標(biāo)示。世界線是時(shí)空中的特殊曲線，線上的每個(gè)點(diǎn)都能標(biāo)出物體在那個(gè)時(shí)間的時(shí)空位置。舉例來說，地球的公轉(zhuǎn)軌道是宇宙中一個(gè)近乎圓形的三維封閉曲線，地球每年都會(huì)轉(zhuǎn)回同一個(gè)點(diǎn)，但時(shí)間卻不一樣。地球的世界線會(huì)在四維時(shí)空中循環(huán)（像彈簧的形狀那樣沿螺旋式軌跡延伸），而不會(huì)回到同一點(diǎn)上。

時(shí)空是稱為“事件”的“點(diǎn)”，與標(biāo)有事件的持續(xù)、穩(wěn)定坐標(biāo)系之集合。四維時(shí)空的每個(gè)事件都有三個(gè)空間維度和一個(gè)時(shí)間維度，在數(shù)學(xué)上這稱為流形。若將此概念應(yīng)用于高階空間，為了方便在平面上作圖，其中兩個(gè)空間維度會(huì)被省略。每個(gè)事件都是閔可夫斯基圖上的一個(gè)點(diǎn)，圖上的坐標(biāo)系縱坐標(biāo)為時(shí)間軸，橫坐標(biāo)為空間軸。粒子在閔可夫斯基圖上的連續(xù)軌跡即為世界線。

構(gòu)成不僅粒子的歷史可以構(gòu)成世界線，一些人為定義的“東西”的歷史也可以構(gòu)成世界線，比如說影子和光斑。這些點(diǎn)雖然不是真正的粒子，但它們是由真實(shí)的粒子來決定的，因此它們的“歷史”也構(gòu)成世界線。

流行文化5pb.發(fā)行的游戲《命運(yùn)石之門》講述了在世界線之間跳動(dòng)的故事。同一公司的科學(xué)ADV系列也使用了這個(gè)概念。

世界線和時(shí)間機(jī)器當(dāng)然，“世界線”并不能禁止我們回到過去，如果能夠造出時(shí)間機(jī)器，我們還是能夠回到過去的，但即使我們能自由地穿梭時(shí)空，也只能沿著既定的軌跡。還有一種說法是，當(dāng)我們回到過去，為了避免時(shí)間悖論的產(chǎn)生，我們有可能成為過去歷史的旁觀者，對(duì)過去發(fā)生的一切，我們只能觀看，而無法干預(yù)。但是這些僅僅是猜測(cè)而已。

如果有關(guān)“世界線”的命題成立，那么，所有有關(guān)時(shí)間機(jī)器和時(shí)間旅行的因果反常的討論，就只能作為有趣的科幻小說或自相矛盾的廢話，必須從嚴(yán)肅的物理學(xué)研究中排除掉了。

但并沒有任何理論證明了時(shí)間機(jī)器不存在，甚至有理論支持時(shí)間機(jī)器的存在，但如果時(shí)間機(jī)器真的能夠存在，它會(huì)導(dǎo)致時(shí)間悖論的產(chǎn)生，對(duì)于世界的發(fā)展與改變，也是件非常嚴(yán)重的事。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

杜強(qiáng) - 高級(jí)工程師 - 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所