Pasaulio linija yra objekto arba taško trajektorija, kuri aprašo, kaip jis juda erdvėje ir laike, sudarant vadinamąjį erdvėlaikį. Kiekvienam objekto patekimo į erdvėlaikio įvykį (įvykio koordinatėms) priskiriama taško padėtis ir laikas — jungiant visus tokius įvykius gauname pasaulio liniją. Tai bazinė sąvoka tiek specialiajame reliatyvume, tiek bendrajame reliatyvume.
Pasaulio linija gali būti traktuojama kaip kreivė erdvėlaikyje, kuriai dažnai priskiriamas parametras — paprastai objekto nuosavas laikas (laikas, matuojamas pačio objekto laikrodžiu). Fizikinę reikšmę turi ne tik geometrinė trajektorija, bet ir intervalai tarp dviejų įvykių ant tos trajektorijos: timeliniai intervalai reiškia, kad įmanomas priežastinis ryšys, o erdviniai (spacelike) intervalai rodo, kad įvykiai negali būti susieti priežastiniu ryšiu.
- Timelike (laikinė) pasaulio linija: priklauso objektams, turintiems masę. Tarp dviejų taškų ant tokios linijos egzistuoja teigiamas nuosavas laikas — objektas patiria laiko tėkmę.
- Lightlike arba null (šviesinė) pasaulio linija: tai šviesos ar masės neturinčių dalelių (pvz., fotonų) trajektorijos. Intervalas tarp dviejų įvykių šia kryptimi turi nulį nuosavo laiko.
- Spacelike (erdvinė) trajektorija: tarp dviejų tokių įvykių negali būti priežastinio ryšio — jie yra „erdviškai“ atskirti.
Dažnai pastebima painiava apie tai, kas nutinka, „kai objektas pasiekia šviesos greitį“. Reikia pabrėžti kelis svarbius dalykus:
- Masyviems (svorį turintiems) objektams pasiekti šviesos greičio c negalima — tam reikėtų begalinės energijos.
- Fotono pasaulio linija yra šviesinė (null): tarp bet kurių dviejų įvykių, kuriuos fotonas patiria, nuosavas laikas yra lygus nuliui. Tai nereiškia „laiko sustojimo“ objektyviai stebimoje erdvėje, o reiškia, kad fotonui neturi priskiriamo nuosavo laiko parametrizavimo tokia prasme, kaip jį turi masyvus kūnas.
- Minkovskio diagramos vizualiai rodo, kad šviesos trajektorijos sudaro ribas — šviesos kūnus (light cones) — tarp ateities ir praeities įvykių nuo duoto taško.
Pasaulio linijos naudojamos įvairiems tikslams:
- Matematiškai vaizduoti objektų judėjimą erdvėlaikyje ir apskaičiuoti nuosavą laiką bei intervalus.
- Analizuoti priežastinius ryšius ir nustatyti, kurie įvykiai gali paveikti kitus.
- Specialiajame reliatyvume — braižyti Minkovskio diagramas ir aiškinti laiko dilataciją bei erdvės kontrakciją.
- Bendrajame reliatyvume pasaulio linijos laisvame lauke atitinka geodezines — laisvai krentančio stebėtojo judėjimo trajektorijas, kurioms nėra išorinės jėgos.
Techniniu požiūriu pasaulio linija dažnai parametruojama keturiagubiu vektoriumi (pavyzdžiui, pagal nuosavą laiką τ). Iš šios parametrizacijos galima išvesti keturgreitį (4-velocity) ir keturimpulsą, kurie yra pagrindinės dinamikos sąvokos reliatyvistinėje fizikoje.
Apibendrinant: pasaulio linija yra patikimas įrankis, leidžiantis suvokti, kaip erdvė ir laikas susipina į vieningą erdvėlaikio struktūrą. Ji atskleidžia skirtumus tarp masyvių objektų ir šviesos elgesio, paaiškina laiko dilataciją ir užtikrina priežastingumo apribojimus tiek specialiajame reliatyvume, tiek bendrajame reliatyvume.
