Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Сборник лекций по общей теории относительности(С. Н. Вергелес)

.pdf
Скачиваний:
67
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
552 Кб
Скачать
☆

X

 

∂X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

n > 0

p ∂X

 

 

 

∂X

 

 

p

∂X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂X

 

 

X

∂X

 

 

 

 

 

 

n = 1

X

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

∂X

 

 

 

 

 

 

 

+

−

 

 

 

 

 

 

 

Rn

Sn n

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

L = { (x, y) R2 : −10 ≤ x ≤ +10, −1 ≤ y ≤ 1 }

 

 

 

 

 

 

 

L

(10, y) (−10, −y)

−1 ≤ y ≤ +1

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

ω

 

 

 

X ω

ω

 

 

 

X

 

X

R

 

X

, x1

, . . . , xn

 

 

 

X

(

 

 

1

)

n

 

X

G Rn

 

 

ω

(x , . . . , x )

ω = ω(x) d x1 . . . d xn

ZZ

ω = ω(x) d x1 . . . d xn

XG

(X , x1′ , . . . , xn′ )

G′ Rn

 

 

 

(x1′ , . . . , xn′ )

 

 

 

 

ω = ω(x(x′)) det ∂x′ d x1 . . . d xn

 

 

 

,

 

 

 

 

 

∂x

 

′

 

′

 

 

ZX

ω = ZG′

ρ(x(x′))

det ∂x′

d x1

d x2

. . . d xn

.

 

 

 

 

 

 

∂x

′

′

 

′

 

det (∂x/∂x′) > 0

 

 

 

X

X

 

Xα

 

 

X = Xα ,

 

Xα ∩ Xβ = , α 6= β,

 

 

Xα

X

 

Z

Xα

 

X

Z

 

 

ω =

iαω,

 

X

α

Xα

 

 

 

i : Xα −→ X

 

 

 

X

 

 

 

X

 

 

∂X

X i : ∂X −→ X

 

 

ω (n − 1)

X

Z

i ω

∂X

Z

ω

∂X

ZZ

d ω = ω.

X∂X

X

(X , x1, . . . , xn)

(x1)2 + . . . + (xn)2 < a2.

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x˜1, x˜2, x˜3, . . . , x˜n

 

= x1 − ϕ(ρ), x2, x3, . . . , xn

, x1 > 0,

x˜1′ , x˜2′

, x˜3′ , . . . , x˜n′

=

 

x1

−

ϕ(ρ), x2

, x3, . . . , xn

, x1

< 0,

 

 

 

−

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

n 2

 

 

 

 

 

 

 

ρ

2

= (

x

2

)

+

1

1

p

2

−

2

 

 

 

 

 

 

1′

 

 

 

 

 

 

. . . (x ) , ϕ(ρ) = a

 

 

ρ

x˜ = x − ϕ(ρ) = 0, x˜

∂X

 

 

 

= −x1 − ϕ(ρ) = 0.

x˜

1

1′

X

 

x˜

X

i i′

X

(n − 1)

n

n

ω = X ρl(x) d x1 . . . dˆxl . . . d xn.

i=1

dxl

ω= ω(x) d x2 . . . d xn

d ω = ∂ω d x1 d x2 . . . d xn ∂x1

 

ϕ(ρ)

∂ω

 

ZX d ω = Z0≤ρ≤a d x2

. . . d xn Z−ϕ(ρ) d x1

=

 

∂x1

Z

= d x2 . . . d xn ω(ϕ(ρ), x2, . . . , xn) − ω(−ϕ(ρ), x2, . . . , xn) .

0≤ρ≤a

i ω = ω(ϕ(ρ), x2, . . . , xn) d x2 d x3 . . . d xn, i′ ω = −ω(−ϕ(ρ), −x˜2, . . . , x˜n) d x˜2 d x˜3 . . . d x˜n,

(x2, x3, . . . , xn) (˜x2, x˜3, . . . , x˜n)

Z Z

(i ω + i′ ω) = ω(ϕ(ρ), x2, . . . , xn) − ω(−ϕ(ρ), x2, . . . , xn) d x2 . . . d xn,

∂X ρ<a

X

Xα

Rn

∂Xα1 ∂Xα2

∂X

n = 1

 

Z

 

 

 

X

 

f = ε(p) f(p)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

p

 

 

 

 

 

X

 

 

 

n = 1

 

 

 

 

 

 

ZX df = f(b) − f(a) ,

 

 

(6.10)

X

 

a

b

 

n = 1

 

 

 

 

 

X

n

 

 

m

Y

Y i : X −→ Y

 

ω

 

(n − 1)

1′

i ω

ω

1′

R3

 

 

 

: T01X −→ T11X

 

 

 

X T01X

 

 

f T00X

 

 

 

(fX) = d f X + f X.

 

1

d f T10X

X

(1, 1)

d f

X T1 X

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p X

X1

X2

 

X1

X2

 

 

p

X1 = X2

U

p

φ

 

X

φ(X2 − X1)

 

W U

p

U

 

 

 

X

 

 

[φ(X2 − X1)] = d φ (X2 − X1) + φ (X2 − X1) = 0

X

φ (X2 − X1) = 0 −→ (X2 − X1)|W = 0 −→ (X2 − X1)|U = 0.

X

Uα

X

 

Uα

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eA = eAi (x)

∂

 

,

A = 1, . . . , n,

det eAi (x) 6= 0.

 

 

 

 

 

 

 

∂xi

 

 

 

 

X T01X

 

 

 

 

 

 

U

eA

 

 

X|U = X

A

eA|U = X

A i ∂

 

i

∂

 

 

 

 

 

eA

 

 

= X

 

 

.

 

 

 

 

 

∂xi

 

∂xi

 

 

 

Xi = eAi XA, XA = eiAXi, eiAeBi = δBA.

 

 

{Xi}

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

{∂/∂xi}

 

{eA}

XA

d xi

 

 

d xi′ = ∂xi′ /∂xi d xi

 

 

p X

 

i

ixi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q X

ωA

(x + d x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωA = eiA d xi.

 

 

 

 

 

 

 

ωA(X) = eiA d xi(X) = eiAXi = XA.

 

 

1

X

 

n2

 

{d xi eB ; 1 ≤ A, i ≤ n}

 

 

T1

 

 

A = 1, ..., n

 

 

 

 

 

 

 

eA = ωAiB d xi eB,

 

 

 

 

ωAiB (x)

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{d xi eB }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

eA = ωAB eB , ωAB = ωAiB d xi Ω1U

 

 

 

 

 

 

 

|U

 

 

 

 

 

ωAB

 

X = XAeA

X = (d XA + ωBAXB ) eA ≡ XA eA.

U′

{eA′ }

eA′ = ωAB′′ eB′

U′,

eA′ = φA′ eA, eA = φA′ eA′ , eA′

= φA′ eA, φA′ φA′

= δA,

A

A

A

A B

B

X = XAeA = XA′ eA′ −→ XA′ = φAA′ XA

U ∩ U′.

eA′ = d φAA′ eA + φAA′ eA = d φAA′ eA + φBA′ ωBA eA = = d φAA′ + φBA′ ωBA φBA′ eB′ .

ωAB′′ = φBA′ φBA′ ωBA + φBA′ d φAA′ .

UU′

U ∩ U′

 

 

U ∩ U′

 

 

 

 

 

{Uα}

 

 

 

X

 

 

 

α

ω

(α)A

Uα

α α

′

B

 

 

Uα ∩ Uα′

 

 

 

 

 

α

ω(α)A

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

Uα

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A′

A

B A′

A

A′ A B

A′

A

A′

 

A

 

XA′

= d XA′

+ ωA′′ XB′

= d

φAA′ XA + φAA′

φBC

′ ωCA + φCA′

d

φBC′

φBB′ XB =

= d φA X + φA d X + φA ωB X − d φA X = φA X .

φCB′ φBB′ = δBC −→ d φCB′ φBB′ = −φCB′ d φBB′ ,

(6.11)

 

 

 

(a, b)

{eA}

 

 

 

 

 

′

′

′

′

. . . φA′a T B1...Bb .

 

T B′1

...B′b

= φB1

. . . φBb φA′1

 

A1...A a

B1

Bb A1

Aa A1...Aa

 

T i1...ib j1...ja

 

eA′

 

 

∂/∂xi

φBB′ → eBi , φAA′ → eiA,

 

= ei1

. . . eib

eA1 . . . eAa T B1...Bb .

B1

Bb

j1

ja

A1...Aa

X

Y

{eA}

 

 

 

 

 

X

 

 

 

X Y

 

Y

 

X

 

 

 

 

 

X Y A = Xi

∂Y A

≡ Xi iY A −→

 

 

 

 

+ ωBiA Y B

 

 

 

∂xi

 

 

 

 

 

 

∂Y A

 

 

 

 

−→ iY A

=

 

+ ωBiA Y B .

 

 

 

∂xi

 

 

Y

 

 

X Y

i

X

 

 

 

 

 

X

X = ∂/∂x

xi

i

Y T01X

 

 

 

 

 

 

i

 

if(x) ≡

∂f(x)

≡ ∂if(x), f F X .

 

 

 

∂xi

X

Y

{YA}

 

{eA}

XA

f = XAYA

∂i XAYA = iXA YA + XA iYA

iYA = ∂iYA − ωAiB YB.

X

TAB......

( iT )AB......

ω··i

iTAB...... = ∂iTAB...... + ωCiB TAC...... + . . .

− ωAiC TCB...... + . . .

.

i(T T ′ T ′′) = iT T ′ T ′′ + T iT ′ T ′′ + T T ′ iT ′′.

T B... ≡ T B... , ∂ T B... ≡ T B... . i A... A... ;i i A... A... ,i

i ∂

∂

 

 

 

A

 

 

 

i

i

 

 

A

 

k

 

 

i

k

eA

 

→

 

, ei

d x → d x , ωBk d x

→ jk d x ,

∂xi

∂xi

Tji...... ;k = Tji...... ,k + lki Tjl...... + . . . − jkl

Tli...... + . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φAA′ →

∂xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xi′

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

′

 

∂xi′ ∂xj

 

 

 

 

∂xi′

 

 

 

∂xi

 

 

ji ′k′ d xk

 

=

 

 

 

 

 

 

 

jki

d xk

+

 

 

d

 

 

.

 

 

 

∂xi

∂xj′

∂xi

∂xj′

 

d xk = (∂xk/∂xk′ ) d xk′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

 

∂xi′ ∂xj ∂xk

 

 

∂xi′

 

∂2xi

 

 

ji ′k′

=

 

 

 

 

 

jki +

 

 

·

 

.

 

 

∂xi

∂xj′

∂xk′

∂xi

∂xj′ ∂xk′

 

 

X

g(X, X) R, X T01X

 

 

 

U

X = XAeA

X {eA}

g(X, X) = gAB(x)XA(x)XB (x), gAB = gBA,

∂/∂xi

d xk′

gAB(x)

xi

gAB

{gAB (x)}

(2, 0)

 

g(X, X)

 

X = XAeA Y = Y AeA

g(X, Y ) = 12{g(X + Y, X + Y ) − g(X, X) − g(Y, Y )}

 

 

g(X, Y )(x) = gAB(x)XA(x)Y B(x) = gij(x)Xi(x)Y j (x).

 

 

 

 

 

 

X

Y

i

X ·Y

 

 

 

XiYi Yi = gijY j

XiY

 

 

 

 

 

 

 

 

gij =

∂

·

∂

= gji.

 

 

 

 

 

 

∂xi

∂xj

XA

 

 

{XA}

X

 

 

 

XA = gABXB , XA = gABXB , gACgCB = δAB

(a, b)

(a, b)

(a + 1, b − 1)

(a − 1, b + 1)

ωA

d s2 = gABωAωB = gAB eAi eBj d xi d xj = gij d xi d xj