Tensore di Riemann

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Il tensore di Riemann (Schutz 1985) R^alpha_(betagammadelta), noto anche Riemann-Christoffel tensore di curvatura (Weinberg, 1972, p. 133; Arfken 1985, p. 123) o tensore di curvatura di Riemann (Misner et al. 1973, p. 218), è un tensore a quattro indici che è utile nella relatività generale. Altri importanti tensori relativistici generali tali che il tensore di curvatura di Ricci e la curvatura scalare possono essere definiti in termini di  R ^ alpha_ (betagammadelta).

Il tensore di Riemann è in un certo senso l’unico tensore che può essere costruito a partire dal tensore metrico e la prima e la seconda derivati,

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

dove Gamma_(alphabeta)^gamma sono i simboli di Christoffel del primo tipo e A_ (k) è una virgola derivati (Schmutzer 1968, p. 108; Weinberg 1972). In una dimensione,  R_ (1111)=0. In quattro dimensioni, ci sono 256 componenti. Facendo uso delle relazioni di simmetria,

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

il numero di componenti indipendenti è ridotto a 36. Utilizzando la condizione

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

il numero di coordinate si riduce a 21. Infine, usando

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

20 i componenti indipendenti sono lasciati (Misner et al. 1973, pp. 220-221;Arfken 1985, pp. 123-124).

In generale, il numero di componenti indipendenti in n dimensioni è dato da

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

il “four-dimensional piramidale numeri,”i primi valori di cui sono 0, 1, 6, 20, 50, 105, 196, 336, 540, 825, … (OEIS A002415). Il numero di scalari che può essere costruito a partire da R(lambdamunukappa) e g_(munu) è

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

(Weinberg 1972). I primi valori sono quindi 0, 1, 3, 14, 40, 90, 175, 308, 504,780, … (OEIS A050297).

In termini di tensore di Jacobi  J ^ mu_ (nualphabeta),

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

Lasciate

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

dove la quantità all’interno del {s u; l} è un simbolo di Christoffel di seconda specie. Allora

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

suddivise in semplici decomposizione N dimensioni,

 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)

Qui, R_(munu) è il tensore di curvatura Ricci, Rè la curvatura scalare e C_(lambdamunukappa) è il tensore di Weyl.

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