Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Сборник лекций по общей теории относительности(С. Н. Вергелес)

.pdf
Скачиваний:
54
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
552.22 Кб
Скачать

p

(U, h)

X

Sj1...jb (x)

U

i1...ia

U ∩ U

(U, h)

 

(S R)p = Sp Rp ,

(S + R)p = Sp + Rp.

 

TabX

(a, b)

0

 

 

 

(a, b) = (0, 0)

 

X

T00X

F X

F X

 

 

(fS)p

 

 

F X

 

 

(a, b) = (0, 1)

 

 

 

U

X

(U, h)

X

n >

X

TabX

∂xi

: p −→

∂xi p

, i = 1, . . . , n

 

 

 

U

XU

X = Xi ∂xi

(a, b) = (1, 0)

dxi : p −→ (d xi)p

 

 

U

α

U

α = αi d xi

 

 

Xi αi, i = 1, ..., n

 

U

 

V TpX

f

V f

 

V

 

 

f F X

X

 

X

 

 

 

 

 

(Xf)p = Xpf ,

p X

 

 

X

1

n

Xf

X

Xf

 

(U, h) = (U, x , . . . x )

 

 

 

U

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xf = Xi

∂f

,

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

∂x

 

 

Xi

X

 

 

X

(U, h)

Xf

 

 

 

 

 

 

 

 

V

W

V W

 

 

 

 

 

V W

b W

 

 

 

a b

a V

 

 

a1, a2, a V, b1, b2, b W

λ R

 

 

 

 

(a1 + a2) b = a1 b + a2 b,

 

 

 

a (b1 + b2) = a b1 + a b2,

 

 

 

λa b = a λb = λ(a b)

 

 

 

 

e1, . . . , eN

 

V

f1, . . . , fM

 

 

W

 

 

 

 

 

 

eI fJ,

1 ≤ i ≤ n,

1 ≤ j ≤ m

 

 

 

V W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a, b)

p

b

 

 

Tp X

 

 

 

a TpX

 

σ

r

σ

εσ = ±1

(i1, . . . , ir) 7→(σ(i1), . . . , σ(ir))

X

 

X1, . . . , Xr

 

X[1X2 . . .

Xr]

(0, r)

X

X[1X2 . . . Xr] = εσ Xσ(1) . . . Xσ(r).

σ

( U, x1, . . . , xn )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xi1

. . . Xir

.

(X[1X2 . . . Xr])i1i2

...ir

X[1i1 X2i2 . . . Xrir]

=

. . .

. . . . . .

 

 

 

 

 

Xi1

. . . Xir

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

r

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

(r, 0)

X

 

 

 

 

 

 

r

ω

 

 

 

X1, X2 . . . , Xr

( U, x1, . . . , xn )

 

 

 

 

 

ω(X1, X2 . . . , Xr) = ωi1...ir X[1i1 . . . Xrir] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω(Xσ(1), . . . , Xσ(r)) = ǫσω(X1, . . . , Xr).

 

 

ω, θ, φ, . . .

 

 

 

1

n

 

r

d xi, i = 1, . . . , n

 

(U, x , . . . , x )

 

(i1, . . . , ir)

 

 

r

X

 

d xi1 , . . . , d xir

 

 

 

εσ d xσ(i1) . . . d xσ(ir ).

 

 

 

d xi1 . . . d xir =

 

 

 

σ

 

 

 

 

 

X = Xi ∂/∂xi

 

d xi(X) = Xi

 

(d xi1 . . . d xir ) (X1 . . . Xr) = X1i1 . . . Xrir .

(d xi1 . . . d xir )(X1 . . . Xr) = X[1i1 . . . Xrir] .

r

X1, . . . , Xr

(d xi1 . . . d xir )(X1, . . . , Xr) = X[1i1 . . . Xrir] .

r

ω = ωi1...ir d xi1 . . . d xir .

 

 

 

r s

 

 

(d xi1 . . . d xir ) (d xir+1 . . . d xir+s ) = d xi1 . . . d xir+s .

 

 

 

r

s

is

θ s

(U, x1, . . . , xn ) θ = θi1...is d xi1

. . . d x

 

 

 

ωθ = ωi1...ir θir+1...ir+s d xi1 . . . d xir+s =

=(ω θ)i1...ir+s d xi1 . . . d xir+s .

1

 

X

 

(ω θ)i1...ir+s =

 

 

ǫσωσ(i1)...σ(ir ) θσ(ir+1)...σ(ir+s).

(r + s)!

 

σ

 

 

 

 

r

s

 

σ1

σ2 (r + s)

 

 

σ1(i1), . . . , σ1(ir), σ1(ir+1), . . . , σ1(ir+s)

σ2(i1), . . . , σ2(ir), σ2(ir+1), . . . , σ2(ir+s)

r

s

r

s

σ

(ω θ)i1...ir+s =

r!s!

X

εσωσ(i1)...σ(ir ) θσ(ir+1)...σ(ir+s).

 

 

(r + s)!

 

σ

 

 

 

 

 

(ω θ)(X1, . . . , Xr+s) =

X

=εσω(Xσ(1), . . . , Xσ(r)) θ(Xσ(r+1), . . . , Xσ(r+s)).

σ

r = 2 s = 1 3!/2!1! = 3

ω = ωij d xi d xj , θ = θk d xk.

ω θ = ωij θk d xi d xj d xk,

(ω θ) (X, Y, Z) = ωij θkX[iY j Zk] =

= ωij θk

XiY j − Y iXj

Zk + Y iZj − ZiY j

Xk + ZiXj − XiZj

Y k

=

 

= ω X, Y θ

Z +

 

 

+ ω Z, X θ Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω Y, Z

θ X

 

,

 

 

r

ω s

θ

ωθ = (−1)rs θ ω.

θφ

ω(θ + φ) = ω θ + ω φ.

(ω θ) φ = ω (θ φ) = ω θ φ.

 

r

 

 

 

 

0

r ≥ 0

1

X = T1X

 

r

X =

 

Ω X

 

 

 

 

Ω X = F X

Ω

 

Ω

0

r > n

ω ∂xi1

, . . . ∂xir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= r! ωi1...ir .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f : X −→ Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

 

 

X

 

 

 

 

 

r ≥ 0

 

ω)p

 

 

Y

 

 

p

X1, . . . , Xr TpX

 

 

 

(f

 

(r, 0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(f ω)p(X1, . . . , Xr) = ωq( (d f)pX1, . . . , (d f)pXr ),

 

 

 

q = f(p) 1 (df)pn

: TpX −→1

 

TqYm

)

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

p

(U, x , . . . , x ) (V, y , . . . , y

 

 

 

 

 

 

 

 

X Y

 

fU V

 

yj = fj(x1, . . . , xn) ,

j = 1, . . . , m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

 

 

 

 

(f ω)p(X1, . . . , Xr) = ωj1,...,jr

y(x)

∂yj1 (x)

X[i11 . . .

∂yjr (x)

Xrir]

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂yj1 (x)

 

∂yjr (x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xi1

 

 

∂xir

 

 

 

= ωj1,...,jr y(x)

 

d xi1

. . .

 

 

d xir (X1, . . . , Xr) .

 

∂xi1

∂xir

 

 

f ω = ωj1...jr (y(x)) d yj1 . . . d yjr ,

d yj

Tp X

d yj = ∂yj d xi. ∂xi

f ω

f : X −→ Y

f ω

ω

f

 

f : ΩrY −→ ΩrX ,

ω 7→f ω

 

f (θ ω) = f θ f ω

 

 

 

θ

ω Y

 

 

 

f = id : X −→ X

f : X −→ Y g : Y −→ Z

f

(g ◦ rf) = f r◦ g

 

: Ω X −→ Ω

X

r = 0

ω

 

g : Y −→ R

 

 

f g = g ◦ f

 

 

 

Y X

i : Y −→ X

i : ΩrX −→ ΩrY

ω

X

ω|Y Y

 

 

 

(ω|Y )p(X1, . . . , Xr) = ωp(X1, . . . , Xr)

 

p Y

X1, . . . , Xr TpY

 

TpY

TpX

d f

1 f

n

X

(U, x , . . . , x )

d f =

∂f/∂xi dxi

 

 

d f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d : Ω0X −→ Ω1X ,

f 7→d f,

 

 

 

 

 

 

 

d(fg) = d f · g + f · d g

 

 

 

 

 

 

 

f

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

r ≥ 0

 

 

 

 

 

 

 

d : ΩrX −→ Ωr+1X ,

 

 

10.

 

 

 

d

 

 

 

 

 

20.

 

 

 

d

 

 

 

θ

ω

 

 

 

 

 

d(θ ω) = d θ ω + (−1)rθ d ω,

 

 

 

r

 

 

 

θ

 

 

 

 

 

30.

 

 

 

 

 

f

: X −→ Y

ω

Y

 

 

 

 

 

 

 

d f ω = f d ω.

 

 

40.

i

i

f Ω0X

d f

 

 

d f = ∂f/∂x

d x

 

 

 

 

 

 

50.

ω = d f

f Ω0X

d ω = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

(U, x1, . . . , xn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω|U

= ωi1...ir d xi1 . . . d xir .

 

 

10 − 50

d(ω|U ) = d ωi1...ir

d xi1 . . . d xir =

∂ωi1...ir

d xi d xi1 . . . d xir .

∂xi

 

d(ω|U )

 

 

U

d ω

 

ω

d

 

 

 

U

d(ω|U ) ≡ d ωU

(U, x1, . . . , xn)

(U, x1, . . . , xn)

 

 

X

 

ω = ωi1...ir d xi1 . . . d xir

U

ω = ωi1...ird xi1′

. . . d xir′

U,

 

∂xi1

∂xir

U ∩ U,

ωi1...ir =

 

. . .

 

ωi1...ir

∂xi1

∂xir

∂ωi1...ir

r

∂xi1

 

2xik

∂xir

 

∂xi1

 

=

X

 

. . .

 

. . .

 

· ωi1...ir+

 

∂xi

 

∂xi1

∂xi ∂xik

∂xir

∂xi1

k=1

f

i2f j d xi d xj = 0, ∂x ∂x

d xi d xj = − d xj d xi

 

∂xir′ ∂ωi...i

. . .

 

 

1

r

.

ir

i

 

 

∂x

 

∂x

 

 

r

∂xi1

 

2xik

 

 

∂xir

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

. . .

 

 

. . .

 

 

 

· ωi1...ir· d xi

d xi1 . . . d xik . . . d xir = 0.

k=1

∂xi1

∂xi ∂xik

∂xir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U ∩ U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ωi1...ir

 

 

 

d xi d xi1

. . . d xir =

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xi

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xi1

 

 

 

∂xir

 

 

 

∂ωi1...ir

i

i1

ir

 

 

 

 

=

 

. . .

 

 

 

 

 

d x

d x

. . . d x

=

 

 

 

∂xi1

∂xir

 

 

 

∂xi

=

∂ωi1...ir

d xi

∂xi1

d xi1 . . .

 

∂xir

d xir =

 

 

∂xi

 

∂xi1

∂xir

 

 

 

 

i

 

 

 

 

i

∂ωi

...i

 

 

i

 

i

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

r

 

 

 

 

 

 

= d ωi1...ir

d x 1

. . . d x r =

 

 

 

d x

 

 

d x 1

. . . d x r ,

 

∂xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ωU = d ωU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ωU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

d ω

 

 

 

 

 

r + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ω|U = d ωU

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d : ΩrX −→ Ωr+1X

 

 

 

 

 

 

 

f F X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(U, x1, . . . , xn)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂f

 

 

 

 

 

2f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d(d f) = d

 

d xj

=

 

d xi d xj = 0,

 

∂xj

∂xi ∂xj

 

50

 

20

(U, x1, . . . , xn)

θ = f d xα,

ω = g d xβ ,

d xα = dxi1 . . . d xir

d xβ = d xj1 . . . d xjs .

d(θ ω) = d(fg d xα d xβ ) =

=d(fg) d xα d xβ = (d f · g + f · dg) d xα d xβ =

=d f d xα g d xβ + (−1)r (f d xα) (d g d xβ ) = d θ ω + (−1)r θ d ω,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U, x1, . . . , xn

 

(V, y1, . . . , ym)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fU

 

V

( j

 

j

1

 

)

n

 

= 1, . . . , m

 

d y

j

 

 

j i

i

 

y

= f

(x , . . . , x ), j

 

 

= ∂y /∂x

d x

 

 

Tp X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d(f ω) = d ωj1...jr (y(x)) d yj1 (x) . . . d yjr (x) =

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

∂yj

 

 

 

 

d yj(x) d yj1 (x) . . . d yjr (x).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ωj1...jr (y(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ω =

 

∂ωj1...jr

d yj d yj1 . . . d yjr ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂yj

 

 

 

 

 

 

 

 

d yk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d yj(x) d yj1

(V, y1, . . . , ym)

 

 

 

 

 

f (d ω) =

 

∂yj

 

 

(x) . . . d yjr (x),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂ωj1...jr (y(x)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d(f ω) = f (d ω)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = Aj d xj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d A =

 

∂xi d xi

d xj = 2

∂xi

 

∂xj d xi d xj 2Fij d xi d xj .

 

 

 

 

 

 

∂Aj

 

 

 

 

 

1

 

∂Aj

 

∂Ai

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ω

d d ω = 0

 

 

 

 

 

1

n

1

 

 

n

) n

 

 

 

 

 

 

 

(U, x , . . . , x ) (U

, x

, . . . , x

 

 

 

 

X

U ∩ U

 

 

 

 

 

 

 

U ∩U=

 

U ∩U6=

 

det(∂x /∂x) > 0

 

 

 

∂x1

p

p U ∩ U

 

 

 

∂x1 p

, . . . ,

∂xn p

 

 

, . . . ,

∂xnp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TpX

X

X

−X

n > 0

n = 0

X

X

p

ε(p) = ±1

X

X

(U, h)

(U ∩ X , h|U∩ X )

(Uα, hα)

X

(Vα, hα|Vα )

∂X

∂X

 

(Uα, hα)

 

 

(Uα, hα)

(Uβ, hβ )

 

 

(Vα, hα|Vα )

Vα = Uα ∩ ∂X (Vα, hα|Vα )

(Vβ, hβ|Vβ )

(Uα, hα) = (Uα, x1, . . . , xn) (Uβ, hβ) = (Uβ, y1, . . . , yn)

Xx1 = 0, y1 = 0

∂X

Vα ∩ Vβ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂y1

= 0,

k = 2, . . . , n,

 

 

 

 

k

 

 

 

∂x

 

 

 

 

 

 

 

 

∂yj

 

∂y1

∂yk

Vα ∩ Vβ

 

det

 

=

 

 

det

 

 

 

∂xi

∂x1

∂xl

 

i, j = 1, . . . , n k, l = 2, . . . , n

 

 

y1 < 0

 

x1

< 0

 

∂y1/∂x1 > 0

Vα ∩ Vβ