flat-metric
_(tag) (ref-2, vol)
flat metric := 存在坐标使得 标准 metric
的继承自 的子流形 metric 不是 #link(<flat-metric>)[]
, 而是 #link(<quadratic-manifold-is-constant-sectional-curvature>)[constant-sectional-curvature]
.
何时存在 flat metric?
选取一个坐标 , with metric
假设变换到 with metric , 则
#link(<connection-transformations>)[联络的变换]
对于 flat metric , 从而
等价地
这个性质, 加上 的初值条件, 使得可以用 PDE 恢复 flat metric, i.e. 用于证明
Proof
product-rule 展开以上的微分
关于 的线性 PDE
是可解的 <==> 满足 #link(<linear-PDE-integrable-condition>)[]
where is #link(<geodesic-derivative>)[]
or
如果解出了 , 用初值条件再次积分得到 , 得到从坐标 到 flat-metric 坐标 的转换函数
在 flat-metric 坐标 所以测地线 ODE 是 ,所以 flat-metric 坐标将是测地线坐标
不存在 flate metric 坐标时, 则选取 #link(<Einstein-metric>)[]
作为最小 #link(<scalar-curvature>)[纯量曲率]
现在不假设 flat metric
curvature-of-metric
_(tag)
曲率 ( from "Riemann")
是张量 (尽管 不是)
name-overload: 曲率 := 曲率的 #link(<metric-dual>)[]
在坐标中
flat-metric-iff-curvature-0
_(tag) flat-metric <==> 曲率是零
curvature-determine-metric-locally
_(tag)
"flat-metric <==> 曲率零" 可以推广到曲率决定局部 metric
如果两个 metric 及其曲率通过 点之间局部微分同胚联系起来, 且微分是 切空间之间的 isometry, 则局部微分同胚是 的局部 isometry
curvature-in-geodesic-coordinate
_(tag)
在测地线坐标的原点 , 通过计算, 通过
#link(<metric-connection>)[]
的定义和曲率 定义
有
or
==> 如果在测地线坐标, metric 的 Taylor 展开二阶微分也是零 则曲率也是零 , 从而导致 flat-metric, 从而高阶微分也是零
symmetry-of-curvature
_(tag)
or
==>
Proof 在测地线坐标, 用 or 表示的曲率 的定义
algebraic-curvature-tensor
_(tag) 代数曲率张量定义为满足上述对称性 (ref-6, lect 8)
curvature-product
_(tag)
模仿 #link(<curvature-in-geodesic-coordinate>)[曲率在测地线坐标的定义]
, 对于二阶对称张量 定义 curvature-product
or
满足 #link(<symmetry-of-curvature>)[]
, 从而 , or
在测地线坐标的原点, 曲率是 (formally)
Def
-
将 映射到自身且 , i.e. wiki:Projection_(linear_algebra), so
-
-
对于交错张量 , , so
dimension-of-algebraic-curvature
_(tag) 使用 , 有代数曲率张量空间的维数
where
metric 是一种张量
映射
adjoint-of-curvature-product
_(tag) :=
对于 和 和 的 #link(<tensor-induced-metric>)[]
对每个 , 线性函数
有 空间的 metric-adjoint :=
线性函数 可以用 空间的 metric 表示
在坐标中
是单射, 是满射. Proof 使用复合映射的前置逆和后置逆, 构造方式参考 #link(<curvature-decomposition>)[]
的计算
metric-adjoint ==>
线性映射 ==>
==>
映射
metric-adjoint :=
for and
so
在坐标中
是单射, 是满射
curvature-decomposition-space
_(tag)
正交分解为子张量空间, 且不可再这样分解 i.e. irreducible
curvature-decomposition
_(tag) forall , exists , 正交分解
Proof if it's true then
-
Ricci-curvature
_(tag)在坐标中
-
scalar-curvature
_(tag)在坐标中
-
conformal-curvature
_(tag) (named so because if it vanish then the metric conformally flat when ) ( from "Weyl")
类似地, 正交分解 是
trace-free Ricci-curvature
曲率正交子张量空间分解
quadratic-form
curvature-low-dimension
_(tag) low dimension curvature
-
-
span by
-
, only type , and
-
-
是双射
-
-
完全决定于
let
metric 测地线坐标展开也有曲率的出现
且满足
注意这是求和 的等式, 而不是系数的等式
-
"trace" 也出现在 Taylor-expansion of metric volume-form , 相关于 and
-
"trace" 再次出现在 volume of geodesic ball (for spacetime manifold 应该用 multi radius?)
if scale matric
- geodesic-derivative
- curvature
- curvature metric-dual
- Ricci-curvature
#link(<sectional_curvature>)[]
- scalar-curvature
用 signature 来表示时空 metric 时, 就是对 signature 乘以