Riemann-Tensor

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Der Riemann-Tensor (Schutz 1985) R^alpha_(betagammadelta), auch bekannt als Riemann-Christoffel-Krümmungstensor (Weinberg 1972, S. 133; Arfken 1985, S. 123) oder Riemann-Krümmungstensor (Misner et al. 1973, S. 218), ist ein Vier-Index-Tensor, der in der allgemeinen Relativitätstheorie nützlich ist. Andere wichtige allgemeine relativistische Tensoren, so dass der Ricci-Krümmungstensor und die Skalarkrümmung in Bezug auf R^alpha_(betagammadelta) definiert werden können.

Der Riemann-Tensor ist in gewissem Sinne der einzige Tensor, der aus dem metrischen Tensor und seiner ersten und zweiten Ableitung konstruiert werden kann,

 R^alpha_(betagammadelta)=Gamma_(betadelta,gamma)^alpha-Gamma_(betagamma,delta)^alpha+Gamma_(betadelta)^muGamma_(mugamma)^alpha-Gamma_(betagamma)^muGamma_(mudelta)^alpha,
(1)

wobei Gamma_(alphabeta)^gamma Christoffel-Symbole der ersten Art sind und A_(,k) eine Komma-Ableitung ist (Schmutzer 1968, S. 108; Weinberg 1972). In einer Dimension ist R_(1111)=0 . In vier Dimensionen gibt es 256 Komponenten. Nutzung der Symmetriebeziehungen,

 R_(iklm)=-R_(ikml)=-R_(kilm),
(2)

die Anzahl der unabhängigen Komponenten wird auf 36 reduziert. Verwenden der Bedingung

 R_(iklm)=R_(lmik),
(3)

die Anzahl der Koordinaten reduziert sich auf 21. Schließlich mit

 R_(iklm)+R_(ilmk)+R_(imkl)=0,
(4)

20 unabhängige Komponenten verbleiben (Misner et al. 1973, S. 220-221;Arfken 1985, S. 123-124).

Im Allgemeinen ist die Anzahl der unabhängigen Komponenten in n Dimensionen gegeben durch

 C_n =1/(12) n ^2 (n^2-1),
(5)

die „vierdimensionalen Pyramidenzahlen“, deren erste Werte 0, 1, 6, 20, 50, 105, 196, 336, 540, 825, … (OEIS A002415). Die Anzahl der Skalare, die aus  R_(lambdamunukappa) und  g_(munu) konstruiert werden können, ist

 S_n={1 für n= 2; 1 /(12) n(n-1) (n-2) (n+ 3) für n = 1, n2
(6)

( Weinberg 1972). Die ersten Werte sind dann 0, 1, 3, 14, 40, 90, 175, 308, 504,780, … (OEIS A050297).

In Bezug auf den Jacobi-Tensor J^mu_(nualphabeta),

 R ^ mu_(alphanubeta)=2/3 (J_ (nualphabeta) ^ mu-J_(betaalphanu)^mu).
(7)

Lassen

 D ^ ~ _s = teilweise / (partialx ^ s) -summe_ (l) {s u; l},
(8)

wobei die Menge innerhalb der {s u; l} ein Christoffel-Symbol der zweiten Art ist. Dann

 R_ (pqrs) = D ^ ~ _q {p r; s}-D ^ ~ _r {r q; s}.
(9)

Zerlegt in seine einfachste Zerlegung in  N Dimensionen,

 R_(lambdamunukappa)=1/(N-2)(g_(lambdanu)R_(mukappa)-g_(lambdakappa)R_(munu)-g_(munu)R_(lambdakappa)+g_(mukappa)R_(lambdanu))-R/((N-1)(N-2))(g_(lambdanu)g_(mukappa)-g_(lambdakappa)g_(munu))+C_(lambdamunukappa).
(10)

Hier ist  R_(munu) der Ricci-Krümmungstensor, R ist die skalare Krümmung und  C_(lambdamunukappa) ist der Weyl-Tensor.

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