8 votos

Ejemplo de formalismo de tétrada frente a formalismo de coordenadas

Fuentes

He estado leyendo los capítulos 11 y 25 de Las increíbles notas de Andrew Hamilton que tiene algo de material sobre formalismo de la tétrada en la relatividad general (formulando la RG de forma libre de coordenadas).

Antecedentes

Según las notas, la motivación para introducir las tétradas es la siguiente:

  1. La física es más transparente cuando se expresa en un marco inercial local
  2. Spin- $\frac{1}{2}$ las partículas realmente requieren tétradas
  3. Mucha de la literatura de GR trabaja con tétradas

No pienso ir a leer sobre spin- $\frac{1}{2}$ partículas a corto plazo, por lo que quería centrarme en la 1er punto .

Pregunta

Me gustaría preguntar si hay alguna forma sencilla y elegante ejemplo demostrando la ventaja del formalismo de la tétrada sin requerir que siga la mecánica cuántica.

8voto

barry Puntos 131

Una cosa que se puede hacer con las tétradas es expresar las cantidades en todas partes en términos de lo que los observadores "naturales" medirían en cada punto del espaciotiempo.

Para ser más concretos, consideremos un espaciotiempo foliado por rodajas de coordenadas temporales constantes. En cada punto, se puede imaginar el "observador normal" cuya 4-velocidad es la normal unitaria de tiempo a la rebanada de tiempo constante (es decir, los componentes de 4-velocidad en la base de coordenadas son $u_\mu = n_\mu \equiv -\alpha \delta^0_\mu \equiv -(-g^{00})^{-1/2} \delta^0_\mu$ en el lenguaje del formalismo ADM). Este observador tiene la bonita propiedad de que su superficie de tiempo constante coincide con la superficie global de tiempo constante; las cosas que ocurren en la misma coordenada temporal parecen simultáneas para este observador.

Si el tensor tensión-energía tiene componentes $T^{\mu\nu}$ en la base de coordenadas, podríamos pensar en $T^{00}$ como la densidad de energía, por analogía con la relatividad especial. Sin embargo, el observador normal vería una densidad de energía de $n_\mu n_\nu T^{\mu\nu} = \alpha^2 T^{00}$ . Si en lugar de ello expresáramos los componentes de la tensión-energía en las coordenadas localmente planas del observador normal (denotadas con primos), tendríamos simplemente la densidad de energía $T^{0'0'}$ con el lapso ya contabilizado.

Esto puede dar una buena interpretación física a los componentes individuales de los tensores: $T^{0'0'}$ es la densidad de energía vista por un observador concreto y sensible, mientras que $T^{00}$ es difícil de interpretar sin los demás componentes del tensor. Con esta tétrada en particular, también se puede trasladar a la RG cualquier modelo complicado de fenómenos locales que se haya elaborado en la relatividad especial. 1

El coste viene al relacionar cantidades en diferentes puntos, como cuando se mueve a lo largo de trayectorias o se integra sobre regiones del espaciotiempo. En muchos de estos casos, el hecho de que la tétrada evolucione con respecto a la base de coordenadas natural a medida que te mueves por el espaciotiempo hace que este tipo de operaciones sean peores con las tétradas. 2


1 De hecho, esto ocurre en mi campo, donde tenemos más y mejores aproximaciones a los comportamientos no lineales en la dinámica de fluidos en los espacios-tiempo de Minkowski que en los espacios-tiempo generales.

2 Además, yo no describiría las tétradas como "libres de coordenadas" (aunque mucha gente lo hace). Una tétrada es simplemente una elección de bases para el haz tangente que no es la base que se obtiene naturalmente del sistema de coordenadas en cuestión. Pero sustituir las bases inducidas por las coordenadas no es lo mismo que deshacerse de las coordenadas mismas. Tampoco se evita trabajar con componentes en una base específica cuando se trata de tétradas (que es lo que algunas personas quieren decir cuando dicen "libre de coordenadas").

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X