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扭率張量 - 维基百科,自由的百科全书

扭率はりりょう

重定しげさだこう仿射扭率

ざい微分びぶん几何なか扭率あるしょう挠率此一概念是刻画沿着曲线うつり动的标架てき扭曲ある螺旋らせんてき方法ほうほうれいきょく线的挠率现在どる莱纳公式こうしきなかりょうりょう一条曲线变化时关于它的切向量的扭曲程度(さら确切てきどる莱纳标架关于せつなこう量的りょうてき旋转)。ざい曲面きょくめんてき几何ちゅう,“测地挠率”描述りょう曲面きょくめん关于曲面きょくめんじょう一条曲线的扭曲。相伴しょうばんてききょくりつ概念がいねん度量どりょうりょう沿着きょく线的かつ动标ぼつゆう扭曲てき转动”。

沿着测地线的挠率

さら一般いっぱんざいそう备一个仿射联络そくきりてきいち联络てきほろ分流ぶんりゅうがたうえ,挠率あずかきょくりつ构成りょう联络てき两个基本きほん变量。ざい这种义下,挠率给出りょうきりそら关于いちじょうきょく线平行へいこううつり怎样扭曲てきない蕴刻;而曲りつ描述りょうきりそら间沿きょく线怎样旋转。挠率具体ぐたいてき描述为一个张量あるいちむかいりょう2-形式けいしき。如果 ∇ 微分びぶんりゅうがたじょういち个联络,么挠りつ张量用向ようむきりょうX あずか Y 表示ひょうじてい义为:

这里 [X,Y] これむかいりょう场的くくごう

挠率ざい测地线几何てき研究けんきゅうとく重要じゅうよう。给定一个参数化测地线系统,わが们一定指定一族仿射联络具有这些测地线,ただし具有ぐゆう不同ふどうてき挠率。具有ぐゆうおもんみいち吸收きゅうしゅう挠率”てき联络,はたれつ维-维塔联络推广到其他,也许ぼつゆう度量どりょうてきじょうがた芬斯勒几なに)。吸收きゅうしゅう挠率ざいG-结构あずかよしみとうとう价方ほうてき研究けんきゅうちゅう也起重要じゅうようてき作用さよう。挠率どおり过关联的射影しゃえい联络ざい研究けんきゅう测地线非さんすうぞく也很有用ゆうようざいあい对论なか,这种そうほう爱因斯坦-よしみとうてき形式けいしき提供ていきょうりょう工具こうぐ

挠率张量

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M きり丛上带有联络 ∇ てきりゅうがた挠率张量ゆう时也しょう为嘉とう(挠率)张量)いちむかいりょう值 2-形式けいしきてい义在むこうりょうXYうえ

 

这里 [X,Y] 两个むこうりょう场的くくごうゆかり莱布あま兹法则,对任なにひかりすべり函数かんすう f ゆう T(fX,Y) = T(X,fY) = fT(X,Y)。所以ゆえん T いち张量つきかんよう张量てききょう变导すうてい义的:它给りょうきりむこうりょうじょうてきいち个 2 形式けいしきただしきょう变导すうただ对向りょう场有てい义。

きょくりつやすもと恒等こうとうしき

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联络 ∇ てききょくりつ张量いち个映しゃ TM ∧ TM → End(TM) ,てい义在むこうりょうX, Y, あずか Z うえ

 

注意ちゅうい,对位于いちてんてきむこうりょう,这个てい义与这个むこうりょう如何いか扩张なり一个向量场的方式无关(そくてい义了いち个张りょう,类似于挠りつ)。

やすもと恒等こうとうしき联系りょうきょくりつ挠率。[1] はた X, Y あずか Z てき循环もとめ记为  れい

 

么下めんてき公式こうしき成立せいりつ

1. やすもとだいいち恒等こうとうしき

 

2. やすもとだい恒等こうとうしき

 

挠率张量てき分量ぶんりょう

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挠率张量ざいきり丛的局部きょくぶ截面てきもと (e1, ..., en) したうつし成分せいぶんりょう  れい X=eiY=ej,引入交换けいすう γがんまkijek := [ei,ej]。么挠りつてき分量ぶんりょう

 

如果もとかずてき,则李くくごう变为れい ,从而  とく别地(见下),测地线方ほど确定联络てき对称部分ぶぶん,而挠りつ张量确定はん对称部分ぶぶん

挠率形式けいしき

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挠率形式けいしき挠率てき另一种刻,适用于 M てき标架丛 FM。这个しゅそう备有いち联络形式けいしき ωおめがいちgl(n)-值的 1-形式けいしきはた竖直むこうりょううついた gl(n) ちゅうてきみぎ作用さようてき生成せいせいもと,且通过在 gl(n) じょうてきばんずい表示ひょうじとう变纠缠于 GL(n) ざい FM てききり丛上てきみぎ作用さよう。标架丛也带有いちてん范 1 形式けいしき θしーた值于 Rnてい义在标架 u ∈ FxM(视为いち个线せい函数かんすう u : Rn → TxM)为

 

这里 πぱい : FMM ぬし丛的投影とうえいうつしゃ么挠りつ形式けいしき

 

とう价地, Θしーた = Dθしーた,这里 D よし联络确定てきそとども变导すう

挠率形式けいしきいち个取值于 Rnてき水平すいへい扭曲形式けいしき意味いみざい g ∈ Gl(n) てきみぎ作用さよう下等かとう变:

 

这里 g つう过它ざい Rn うえてき基本きほん表示ひょうじ作用さようざいひだり边。

きょくりつ形式けいしきあずかやすもと恒等こうとうしき

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きょくりつ形式けいしきこれ gl(n)-值 2-形式けいしき

 

这里,D どう表示ひょうじがいども变导すうようきょくりつ形式けいしき挠率形式けいしき表示ひょうじそう应的やすもと恒等こうとうしき为: [2]

  1.  
  2.  

いちわが们可以从きょくりつ形式けいしき挠率形式けいしき原曲げんきょくりつ挠率。ざい FxM なかてきてん uわが们有[3]

 
 

这里 u : Rn → TxM 确定纤维ちゅう标架てき函数かんすう,且向りょうどおりπぱい-1 てきひさげますあずか选取无关,いん为曲りつ挠率形式けいしき水平すいへいてき(它们ざい确定てき竖直むこうりょうじょう为 0)。

标架ちゅうてききょくりつ形式けいしき

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挠率形式けいしき可用かよう底流ていりゅうがた M うえてき联络形式けいしきざいきり丛的一个特殊的标架 (e1,...,en) しもうつし。联络形式けいしきひょうじゅつ这些截面てきそとども变导すう

 

きり丛的焊接形式けいしき(关于这个标架)これ ei てき对偶もと θしーたi ∈ T*M所以ゆえん θしーたi(ej) = δでるたijかつ罗内かつ函数かんすう

么挠りつ 2-形式けいしきゆう分量ぶんりょう

 

ざいさいみぎ边的ひょう达式ちゅう

 

挠率张量てき标架分量ぶんりょうゆかりくびさきてきてい义给

容易ようい证明 Θしーたi ぞう张量いち个变:如果另一个标

 

对某个可ぎゃくのり阵值函数かんすう (gij),

 

换句话说,Θしーた (1,2) がた张量(いち个反变、两个ども变指标)。

做为另一种选择,焊接がた式能しきのうよう无标形式けいしきこくM うえてき TM-值 1形式けいしきθしーたざい对偶どう构 End(TM) ≈ TM ⊗ T*M しも对应于切丛的恒等こうとうどう态。则挠りつ 2-形式けいしき

 

てきいち个截めんゆかり

 

给出。这里 D これそとども变导すうさら细节さん联络形式けいしき)。

不可ふか分解ぶんかい

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挠率张量分解ぶんかい为两个不可ふか部分ぶぶんまと分与ぶんよ包含ほうがん迹的部分ぶぶんようゆび标记ほうT てき迹为

 

含迹てき部分ぶぶん

 

这里 δでるたij これかつ罗内かつ函数かんすう

ほん质上ゆう

 

T てき迹 tr T如下てい义的 T*M ちゅういち元素げんそ。对固定こていてきにんなんこうりょうX ∈ TMT てい义了いち个 Hom(TM, TM) ちゅういち元素げんそ T(X),つう

 

么 (tr T)(X) てい义为这个どう态的迹。这就

 

T 含迹てき部分ぶぶん

 

这里 ιいおた 表示ひょうじうちじょう

さく为比やすもと恒等こうとうしきてき推论,1-形式けいしき tr T いち 1-形式けいしき

 

这里 d これそと导数

とくせい描述あずかかい

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这一节中总是假设:M これほろ分流ぶんりゅうがた,∇ M きりうえてききょう变导すうじょ另外ゆびあかり

仿射进化

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かりxt これ M うえいちじょうきょく线。xt てき仿射进化えいdevelopment (differential geometry)てい义为 Tx0M ちゅうおもんみいちてききょく线 Ct 使つかいとく

 

这里

 

あずか ∇ 关联てき平行へいこううつり

とく别地,如果 xt いち闭环,则 Ct 闭取决于联络てき挠率。从而挠率かい释为きょく线的 development てきにし。这样,挠率あずか联络てきかず转移分量ぶんりょう联系おこりらい相伴しょうばんてききょくりつ概念がいねん描绘りょう无穷しょう线性变换(ざいはじむ曼联络じょうがたある为旋转)。

参考さんこう标架てき扭曲

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ざい经典きょく线的微分びぶん几何なかどる莱纳公式こうしき描述りょう一个特别的活动标架(どる莱纳标架)沿着一条曲线怎样“扭曲”。よう物理ぶつり语言,挠率对应于一个假想的沿着曲线的陀螺てきすみ动量

带有(度量どりょう)联络てきりゅうがた类比かい释。かり设一个观察者沿着这个联络下的测地线移动。这个观察しゃ通常つうじょう认为自己じこざい惯性参考さんこうけいなかいん为她ぼつゆう经历过加速度かそくど。另外かり设观察者携带一个刚性直测量杆系统(いちすわ标系)。まい杆都ちょく线段,一条いちじょう测地线。かり设每杆沿轨道平行へいこううつり,这些杆是沿着轨迹物理ぶつりてき“携带”てきこと意味いみ拖曳”ある传播,所以ゆえん沿着きりむこうりょうごと杆子てき导数为零。类似于どる莱纳标架うえてき陀螺,它们可能かのう经受りょくのりある扭力)。这个りょく便びんよし挠率衡量。

さらじゅん确地,かり设观察者沿着测地线 γがんま(t) うつり动,携带いち个测りょう杆。とう观察しゃうつり动时,杆子扫过いち个曲めん。沿着这个曲面きょくめんゆう一个自然坐标系 (t,x),这里 t よし观察しゃ确定てき时间さんすうx 沿着测量杆的长度。测量杆须沿着きょく线平行へいこううつり动的条件じょうけん

 

从而,挠率ゆかり

 

给出。如果れい,则杆じょう标出てき这点(てん x =  つねきょく线)てき轨迹为螺旋而测地线。它们はた绕着观察しゃ旋转。

这种挠率てきかい释在平行へいこう引力いんりょく论中ふんえんじ重要じゅうようてきかくしょく平行へいこう引力いんりょく论,也称为爱因斯坦-よしみとうあい对论てき一种替代性表述。

纤维てき挠率

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ざい材料ざいりょう科学かがくなかとく别是弹性论,挠率てきそうほう也扮えんじ重要じゅうようてきかくしょく。其中いち个问题[4]これふじなま长的けん,专注于藤如何いかのう绕着对象缠绕。ふじ自身じしん模型もけい为一对相互缠绕的弹性纤维。ざい其能りょう极小じょう态,ふじ自然しぜんせい长成いち螺旋らせんじょうただしふじ也有やゆう可能かのうしん长以达到广度(ある长度)最大さいだいざい此情がたふじてき挠率あずか这对纤维てき挠率ゆう关(あるとう价地,链接两条纤维てき带子てき曲面きょくめん挠率),这反映はんえいりょうふじてき长度最大さいだい(测地线)ぬのきょく与能よのうりょう最小さいしょうぬのきょく间的异。

挠率あずか涡旋

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ざい流体りゅうたい力学りきがくなか,挠率自然しぜんあずか涡线あい关。

测地线与挠率てき吸收きゅうしゅう

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かりγがんま(t) これ M うえいちじょうきょく线。则 γがんま いちじょう仿射さんすう测地线如果

 

对属于 γがんまてきてい义域ちゅう所有しょゆう时间 t(这里てん表示ひょうじ关于 t もとめ导,とくいたりょう γがんま(t) 处切むこうりょう  )。まいじょう测地线由はつはじめ t=0 きりむこうりょう  おもんみいち确定。

联络てき挠率てき一个运用涉及到联络的测地波浪はろうgeodesic spray):粗略そりゃく讲为所有しょゆう仿射さんすう测地线。

よう测地波浪はろうはた联络ぶん类时,不同ふどう挠率不能ふのう区分くぶん开来:

  • 两个联络 ∇ あずか ∇′ 具有ぐゆうしょうどうてき仿射さんすう测地线(そくしょうどうてき测地波浪はろう),ただざい挠率ゆう别。[5]

さらじゅん确地,如果 X あずか Y これ pMてきいち对切むこうりょう么令

 

两个联络てきよう X あずか Yp 处的任意にんい扩张计算。よし莱布あま兹乘积法则,わが们看 Δでるた こと实上あずか X Y 如何いか扩张无关(所以ゆえんてい义了 M うえいち个张りょう)。设 Sあずか A ぶん别为 Δでるた てき对称あずか交替こうたい部分ぶぶん

 
 

  •   挠率张量これ
  • あずか ∇′ てい义了しょうどうてき仿射さんすう测地线族とう且仅とう S(X,Y) = 0。

换句话说,两个联络てき对称部分ぶぶん决定りょう它们具有ぐゆうしょうどうてきさんすう测地线,しか而差てきはす对称部分ぶぶんよし这两个联络的しょう对挠りつ决定。另一个推论是

  • 给定にんなん仿射联络 ∇,存在そんざいおもんみ一一个无挠联络 ∇′ 具有ぐゆう共同きょうどうてき仿射さんすう测地线。

这是はじむ曼几なん基本きほん定理ていりいた(也许无度りょう)仿射联络てきいち个推广。选出从属于一族参数化测地线惟一的联络也称为挠率てき吸收きゅうしゅう,这是よしみとうとう价方ほうてき一个使用之处。

另见

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ちゅう

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  1. ^ See Kobayashi-Nomizu (1996) Volume 1, Proposition III.5.2.
  2. ^ Kobayashi-Nomizu (1996) Volume 1, III.2.
  3. ^ Kobayashi-Nomizu (1996) Volume 1, III.5.
  4. ^ Goriely et al (2006).
  5. ^ See Spivak (1999) Volume II, Addendum 1 to Chapter 6. See also Bishop and Goldberg (1980), section 5.10.

参考さんこう文献ぶんけん

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