Чтение онлайн

на главную - закладки

Жанры

Фейнмановские лекции по гравитации
Шрифт:

A

;

A

x

A

.

(9.2.7)

Доказательство того, что эта величина есть тензор, достаточно утомительно, но очень просто; всё, что для этого требуется, состоит в том, чтобы преобразовать все координаты к координатам в плоском пространстве, непосредственно вычислить производную и затем проверить полученный закон преобразования. Правило для дифференцирования контравариантного вектора аналогично предыдущему

A

;

A

x

A

.

(9.2.8)

Последнее

соотношение может быть доказано более просто, если мы исходим из соотношения (9.2.7) и используем метрический тензор для поднятия и опускания индексов; перестановка метрических тензоров приводит к тому, что величина меняет знак. Для того, чтобы вычислять ковариантную производную тензора, имеющего много индексов, получаем следующее правило

T

;

T

x

+

T

+

T

T

.

(9.2.9)

Другими словами, каждый индекс приводит к тому, что добавляется член, который включает в себя и сам тензор. Вряд ли нужно какое-либо другое мнемоническое правило; ковариантная производная вычисляется одинаково для верхних и нижних индексов, причём вычисление производной для верхних индексов идентифицируется со знаком "+", а для нижних индексов со знаком "-", тем самым только это и надо запомнить.

Наиболее хорошо известный пример таких преобразований - это формула для ротора вектора в сферических координатах; эти формулы всегда включают в себя обычные производные, умноженные на величины компонентов этого вектора.

Полезно ещё одно соотношение для ковариантных производных. Так как ковариантные производные метрического тензора равны нулю, как легко может быть показано,

g

;

=

0,

(9.2.10)

то следующее правило применимо для произведения

(A

B

)

;

=

A

B

;

+

A

;

B

.

(9.2.11)

Для того, чтобы показать, что подобные соотношения действительно связывают тензорные величины, всегда допустимо так выбрать координаты, чтобы сделать доказательство проще; тензоры являются такими математическими величинами, что тензорные соотношения, доказанные в одной координатной системе, остаются справедливыми для всех других координат. Последнее соотношение легко может быть доказано при использовании перехода к плоскому касательному пространству; ковариантная производная равна обычной производной в таком пространстве.

Одно из действий кривизны состоит в том, что вторая ковариантная производная не коммутирует с первой. Мы можем явно вычислить такие величины путём повторяющегося использования соотношения (9.2.9). Сначала

получаем, что

A

;;

=

[A

;

]

;

=

[A;]

x

+

[A

;

]

[A

;

]

,

(9.2.12)

и повторное дифференцирование даёт нам

A

;;

=

^2A

xx

+

x

A

+

+

A

x

+

A

A

x

+

A

.

(9.2.13)

Некоммутативность порядка операций взятия ковариантных производных видна, когда мы вычисляем их разность

A

;

A

;

=

,

,

+

A

.

(9.2.14)

Множитель, на который умножается вектор A, должен быть тензором, поскольку величина в левой части последнего соотношения является разностью тензоров. Этот множитель в точности является тензором кривизны, так что

A

;

A

;

=

R

A

.

(9.2.15)

9.3. Параллельный перенос вектора

Тот факт, что тензор кривизны появляется в связи с вычислением второй ковариантной производной, служит нам той путеводной нитью, которая позволяет нам дать другую полезную геометрическую интерпретацию кривизны. Свойство некоммутативности вторых производных представляет собой предел разности векторов в том случае, если мы вначале перемещаем его вдоль оси , затем вдоль оси или сначала вдоль оси , затем вдоль оси . Если координаты плоские, то для постоянного вектора нет отличий. Если мы имеем искривлённое пространство и если мы делаем такие перемещения в различном порядке, то мы находим некоторый результирующий вектор. Значимость подобных рассмотрений для получения физических утверждений становится очевидной, когда мы осознаем, что мы не имеем физического способа определения ”подлинно постоянного” векторного поля, за исключением того, чтобы сказать, что это такое векторное поле, чьи компоненты имеют нулевые производные в касательном пространстве.

Поделиться:
Популярные книги

Прометей: владыка моря

Рави Ивар
5. Прометей
Фантастика:
фэнтези
5.97
рейтинг книги
Прометей: владыка моря

Мастер Разума

Кронос Александр
1. Мастер Разума
Фантастика:
героическая фантастика
попаданцы
аниме
6.20
рейтинг книги
Мастер Разума

Неправильный боец РККА Забабашкин 3

Арх Максим
3. Неправильный солдат Забабашкин
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Неправильный боец РККА Забабашкин 3

Пистоль и шпага

Дроздов Анатолий Федорович
2. Штуцер и тесак
Фантастика:
альтернативная история
8.28
рейтинг книги
Пистоль и шпага

Осознание. Пятый пояс

Игнатов Михаил Павлович
14. Путь
Фантастика:
героическая фантастика
5.00
рейтинг книги
Осознание. Пятый пояс

Честное пионерское! 2

Федин Андрей Анатольевич
2. Честное пионерское!
Фантастика:
попаданцы
альтернативная история
5.00
рейтинг книги
Честное пионерское! 2

Истребители. Трилогия

Поселягин Владимир Геннадьевич
Фантастика:
альтернативная история
7.30
рейтинг книги
Истребители. Трилогия

Эволюционер из трущоб. Том 9

Панарин Антон
9. Эволюционер из трущоб
Фантастика:
попаданцы
аниме
фэнтези
фантастика: прочее
5.00
рейтинг книги
Эволюционер из трущоб. Том 9

Фальшивая свадьба

Данич Дина
3. Такие разные свадьбы
Любовные романы:
современные любовные романы
эро литература
5.00
рейтинг книги
Фальшивая свадьба

Отмороженный 8.0

Гарцевич Евгений Александрович
8. Отмороженный
Фантастика:
постапокалипсис
рпг
аниме
5.00
рейтинг книги
Отмороженный 8.0

Идеальный мир для Лекаря 9

Сапфир Олег
9. Лекарь
Фантастика:
боевая фантастика
юмористическое фэнтези
6.00
рейтинг книги
Идеальный мир для Лекаря 9

Дракон с подарком

Суббота Светлана
3. Королевская академия Драко
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
6.62
рейтинг книги
Дракон с подарком

Последняя Арена 2

Греков Сергей
2. Последняя Арена
Фантастика:
рпг
постапокалипсис
6.00
рейтинг книги
Последняя Арена 2

Колючка для высшего эльфа или сиротка в академии

Жарова Анита
Любовные романы:
любовно-фантастические романы
5.00
рейтинг книги
Колючка для высшего эльфа или сиротка в академии