Открыть главное меню

Геодези́ческая (геодезическая линия) — кривая определённого типа, обобщение понятия «прямая» для искривлённых пространств.

Конкретное определение геодезической линии зависит от типа пространства. Например, на двумерной поверхности, вложенной в евклидово трёхмерное пространство, геодезические линии — это линии, достаточно малые дуги которых являются на этой поверхности кратчайшими путями между их концами. На плоскости это будут прямые, на круговом цилиндревинтовые линии, прямолинейные образующие и окружности, на сфере — дуги больших окружностей.

Геодезические линии активно используются в релятивистской физике. Так, например, пробное тело в общей теории относительности движется по геодезической линии пространства-времени. По сути, временная эволюция всех лагранжевых систем может рассматриваться как движение по геодезической в специальном пространстве. Таким образом представима вся теория калибровочных полей.

Содержание

Дифференциальная геометрияПравить

Многообразия с аффинной связностьюПравить

В многообразиях с аффинной связностью   геодезическая — это кривая  , удовлетворяющая уравнению

 

В координатном виде можно переписать это уравнение, используя символы Кристоффеля

  где   — координаты кривой.

Иными словами, кривая является геодезической, если параллельно переносимый вдоль неё вектор, бывший касательным к кривой в начальной точке, остаётся касательным везде.

Римановы и псевдоримановы многообразияПравить

В римановых и псевдоримановых пространствах, геодезическая определяется как критическая кривая интеграла энергии:

 .

Здесь   — кривая в пространстве,   — метрика. (В физике этот интеграл принято называть интегралом действия.)

Это условие эквивалентно тому, что:

 

вдоль всей кривой, где   обозначает связность Леви-Чивиты.

Метрическая геометрияПравить

В метрических пространствах геодезическая определяется как локально кратчайшая с равномерной параметризацией (часто с натуральным параметром).

Согласно лемма Гаусса, для римановых многообразий это определение задаёт тот же класс кривых, что и дифференциально-геометрическое определение, приведённое выше.

Использование в физикеПравить

Геодези́ческие ли́нии активно используются в релятивистской физике. Так, например, траектория свободно падающего незаряжённого пробного тела в общей теории относительности и вообще в метрических теориях гравитации является геодезической линией наибольшего собственного времени, то есть времени, измеряемого часами, движущимися вместе с телом.

Часто физическую теорию, обладающую действием или выраженную в гамильтоновой форме, можно переформулировать как задачу отыскания геодезических линий на некотором римановом или псевдоримановом многообразии.

См. такжеПравить

СсылкиПравить

ЛитератураПравить