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
☆

 

 

 

 

 

 

 

SA

 

 

 

 

 

 

SmA

 

 

 

 

 

Jµ(x)

SmA

 

 

 

 

Aµ

1

 

 

 

 

 

 

Z Jµ(x)δAµ(x)p−g(x) d(4) x.

δSmA = −

 

c

Jµ(x) = (−g(x))− 21

n

en Z

d snδ(4)(x − xn) · unµ.

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δxµ

δAµ(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

δnS = 0 ,

 

 

δAS = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δxµ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

δxµ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

− n

 

 

 

en

d snδxnµFµν (xn)unν .

 

 

 

 

 

 

c Z

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d uµ

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

e

 

 

 

 

mc d s + λν

(x)uλuν =

 

F µν (x)uν .

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δAµ

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

∂

√

 

 

 

νµ

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√

 

 

 

 

 

 

(

 

−gF

 

) = 4πJ

 

.

 

 

 

 

 

 

∂xν

 

 

 

 

 

 

 

−g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

−g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(∂/∂x )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(∂2/∂xµ∂xν )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−gF νµ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ∂

 

 

√

 

µ

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

√

 

 

 

( −gJ

) = 0 ←→ µj

 

 

= 0.

 

 

∂xµ

 

 

 

 

−g

 

 

 

δnS

(µ ↔ ν)

ν F νµ

 

ν F νµ = 4 π Jµ.

d d = 0

d F = 0

∂

 

Fµν +

∂

 

Fνλ +

∂

 

Fλµ = 0.

∂x

λ

∂x

µ

∂x

ν

 

 

 

 

 

 

yµ = xµ − ξµ(x), ξµ → 0

y

µ

 

 

x

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gµν′ (y(x)) =

 

∂xσ

 

∂xρ

gσρ(x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂yµ ∂yν

 

 

 

 

 

ξµ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξµ

∂ξµ

 

 

 

 

 

∂xµ

 

 

 

 

 

∂ξµ

 

 

 

 

=

 

 

−→

 

 

 

 

= δνµ +

 

 

 

.

 

 

∂yν

∂xν

∂yν

∂xν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξσ

 

 

 

 

 

 

 

∂ξσ

 

 

gµν′ (y) = gµν (x) +

 

 

· gµσ +

 

 

· gνσ (x).

∂xν

∂xµ

 

gµν′

(y) = gµν′

(x) − ξσ ∂xσ gµν

(x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δgµν (x) ≡ gµν′

δgµν = ξσ

∂

 

 

 

∂ξσ

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ξσ

 

 

 

 

gµν +

 

· gµσ +

 

· gνσ =

∂xσ

∂xν

∂xµ

= ∂xµ +

 

∂xν − gλσ

 

∂xν

+

 

∂xµ

−

∂xσ ξλ.

 

∂ξν

 

∂ξµ

 

 

 

 

 

 

∂gµσ

 

∂gνσ

∂gµν

S

(x)−gµν (x)

ξσ = gσλξλ,

∂xµ gσλ gσµ = −gσλ

∂xµ gσµ.

 

 

∂

∂

δgµν = ∂x∂ξνµ + ∂x∂ξµν − 2 λµν ξλ,

δgµν = µξν + ν ξµ.

 

yµ xµ

yµ + ξµ xµ

X

 

X

yµ

xµ

q

δq

q

xµn Aµ(x)

δxµ = yµ(x) − xµ = −ξµ.

A′

 

∂xν

A x

′

δν

ξν

A x

 

 

 

 

µ

(y(x)) = ∂yµ

ν ν ( ) =

µ +

, µν

ν ( ) =

 

 

= Aµ(x) + ξ, µAν = Aµ(x) − ξ Aµ, ν .

 

δAµ(x) ≡ Aµ′ (x) − Aµ(x) = ξν Aµ, ν + ξ,νµAν = ξν Fνµ +

∂

(ξν Aν ).

 

 

∂xµ

δq

S

δS

δS = δgS + δqS = 0.

δgS δqS

q

Z

q

S = −mc gµν (x) d xµ d xν .

 

 

 

d uµ

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δgµν d xµ d xν

δS = mc Z

δxρgµρ

 

 

+ λν uλuν d s − mc Z

 

2 d s · d s

d s

 

 

 

 

 

 

 

d uµ

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δS = mc Z −ξµ

 

 

+ λν uλuν − ν ξµuµuν d s =

d s

 

d uµ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d uµ

d ξµ

= −mc Z ξµ

 

+ (∂ν ξµ)uµuν

d s = −mc Z ξµ

 

+ uµ

 

d s

d s

d s

 

 

 

 

= −mc Z

d (ξµuµ) = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δqS = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δg S = 0

 

 

 

 

 

 

Z

T µν ( µξν )√

 

 

d(4) x = 0

 

 

 

 

 

 

−g

 

 

 

 

 

 

 

 

ξν (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T µν µξν = µ(T µν ξν ) − ( µT µν )ξν ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

∂

 

 

 

 

 

 

 

µ (T µν ξν ) =

√

 

 

 

√−gT µν ξν

.

 

 

 

∂xµ

 

 

−g

 

ξν(x)

Z ( µT µν )ξν √−g d(4) x = 0.

ξν

µ T µν = 0.

d s.

d s =

 

 

 

 

 

T µν

 

Uµ

 

 

 

 

 

 

 

 

UµUµ = 1, Ui = vi U0.

 

 

 

 

 

 

Uµ

const UµUν

 

 

 

 

 

UµUν

gµν

T µν = (ε + p)UµUν − pgµν .

 

ε p

 

 

 

˜

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K0

 

 

 

 

gµν = ηµν

 

 

 

 

Uµ = (1, 0, 0, 0)

˜

 

 

 

 

 

 

 

 

K0

 

 

 

 

 

 

 

 

˜00

˜ij

= pδ

ij

˜0i

= 0.

 

 

 

T

= ε, T

 

, T

 

 

 

ε

 

 

 

 

p

 

˜

 

 

 

 

 

 

 

 

K0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nµ

 

 

 

 

 

 

 

 

µ nµ = 0.

N = R n0√

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d x1 d x2 d x3

Uµ

 

 

 

nµ

−g

 

nµ = n Uµ.

 

 

 

 

n(x)

 

 

 

 

n(x)

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W = E + p V

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

p

V

 

 

 

 

 

 

 

 

dE = −p d V

 

 

 

 

 

 

 

d W = V d p.

 

 

 

 

w = (ε + p)

 

1/n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w/n

 

 

 

 

 

 

w

 

1

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

=

 

d p.

 

 

 

 

 

n

n

ν T µν = Uµ ν h

w

(nU

ν )i + w Uν ν Uµ − gµν ∂ν p = 0.

 

n

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, ν

UµnUν + wUν ν Uµ − p, ν gµν = 0.

n

 

 

 

Uµ

 

n

 

 

− n, ν

Uµ ν Uµ = 0

 

 

 

Uν

 

, ν

= 0.

 

 

 

 

 

 

w

 

 

p

 

w Uν ν Uµ = ∂µp − Uµ Uν ∂ν p

 

 

Tµµ = (−g)−1/2

n

 

mnc2

Z

d snδ(4)(x − xn).

˜

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

0

d

s

n =

c

d

np1

−

β

2

 

 

 

(βn → 1) d sn →0

n

 

 

K

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

Tµµ = 0.

p = 13ε.

φ = 4πGµ.

G = 6, 67 · 10−8 3· −1 · c−2

G

κ2 = 8πGc2 = 1, 86 · 10−27

ε = µc2

ε

T µν = µc2uµuν

T µν

T00 = µc2.

8πG

g00 = c4 T00.

8πG Gµν = c4 Tµν .

Gµν

Tµν = Tνµ,

Gµν = Gνµ

µ Gµν = 0.

µ

· −1,

p

u0 = 1, ui = 0

Gµν

µJµ = 0

Gµν

Gµν

Gµν = C1Rµν + C2gµν R.

Rµν ≡ Rλµ λν , R ≡ Rµµ

C1 C2

C1 C2

σRλµ ρν + ρRλµ νσ + ν Rλµ σρ = 0.λgµν = 0

gρλ σRλµ ρν = σ(gρλRλµ ρν ) = σRµν . gρλ

σRµν − ν Rµσ + λRλµ νσ = 0.

gµσ

µRνµ − 12∂ν R = 0.

C2 = −12 C1

Gµν = Rµν − 12gµν R.

Rµν −

1

gµν R =

8π G

Tµν .

 

 

2

c4

gµν

8π G R = − c4 T,

Rµν =

8c4

Tµν

 

πG

 

(T = Tµµ).

1

− 2gµν T .

Tµν

µ = ν = 0

4πG R00 = c2 µ.

R00

R00 = ∂x∂µ µ00 − ∂x∂ 0 µ0µ.

∂/∂x0

c−1

00i

gµν

i00 = 12 ∂x∂ i g00.

 

 

 

 

 

 

 

 

dV = √

 

d(4) x

 

 

 

 

 

 

 

 

−g

3

 

3

 

 

 

 

 

 

Sg = −

c

Z

d(4) x√

 

 

c

Z

d(4) x√

 

 

−gR = −

−ggµν Rµν ,

16πG

16πG

Rµν = Rµλ λν , Rµλ σν = ∂σ λµν − ∂ν λµσ + λρσ ρµν − λρν ρµσ.

gµν

δSg/δ λµν (g(x)) ≡ 0.

δRλ = δ λ − δ λ + δ λ · T ρ .

µ σν µν ; σ µσ ; ν µρ λν

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2, 1)

 

 

 

λ

σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ Sg = −16πG

Z

d(4) x√−ggµν

δ µνλ

 

; λ

− δ µλλ

 

; ν .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

i

g;µνλ = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δ Sg = −

16πG Z

d(4) x√−g gµν δ µνλ

; λ

− gµνδ µλλ

 

; ν =

 

 

 

 

 

c3

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

i

 

= −16πG Z

d(4) x√−g X;λλ − Y;νν ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xλ = gµν δ λµν , Y ν = gµν δ λµλ .

δ µνλ

(2, 1)

 

δ