Действие тетрадического Палатини

Действие Эйнштейна–Гильберта для общей теории относительности было впервые сформулировано исключительно в терминах метрики пространства-времени. Взять метрику и аффинную связь в качестве независимых переменных в принципе действия впервые рассмотрел Палатини . [1] Это называется формулировкой первого порядка, поскольку переменные, по которым нужно варьировать, включают только первые производные в действии и, таким образом, не усложняют уравнения Эйлера–Лагранжа более высокими производными членами. Тетрадическое действие Палатини является еще одной формулировкой первого порядка действия Эйнштейна–Гильберта в терминах другой пары независимых переменных, известных как поля фрейма и спиновая связь . Использование полей фрейма и спиновых связей имеет важное значение в формулировке общековариантного фермионного действия (см. статью спиновая связь для более подробного обсуждения этого), которое связывает фермионы с гравитацией при добавлении к тетрадическому действию Палатини.

Это не только необходимо для связи фермионов с гравитацией и делает тетрадическое действие каким-то образом более фундаментальным для метрической версии, действие Палатини также является ступенькой к более интересным действиям, таким как самодуальное действие Палатини , которое можно рассматривать как лагранжеву основу для формулировки канонической гравитации Аштекара (см. Переменные Аштекара ) или действие Холста , которое является основой версии действительных переменных теории Аштекара. Другим важным действием является действие Плебански (см. запись о модели Барретта–Крейна ), и доказательство того, что оно дает общую теорию относительности при определенных условиях, включает демонстрацию того, что оно сводится к действию Палатини при этих условиях.

Здесь мы представляем определения и подробно вычисляем уравнения Эйнштейна из действия Палатини. Эти вычисления можно легко модифицировать для самодуального действия Палатини и действия Холста.

Некоторые определения

Сначала нам нужно ввести понятие тетрады. Тетрада — это ортонормированный векторный базис, в терминах которого метрика пространства-времени выглядит локально плоской,

г α β = е α я е β Дж. η я Дж. {\displaystyle g_{\alpha \beta }=e_{\alpha }^{I}e_ {\beta }^{J}\eta _{IJ}}

где — метрика Минковского. Тетрады кодируют информацию о метрике пространства-времени и будут взяты в качестве одной из независимых переменных в принципе действия. η я Дж. = диаг ( 1 , 1 , 1 , 1 ) {\displaystyle \eta _{IJ}={\text{diag}}(-1,1,1,1)}

Теперь, если мы собираемся работать с объектами, имеющими внутренние индексы, нам нужно ввести соответствующую производную (ковариантную производную). Мы вводим произвольную ковариантную производную через

D α V I = α V I + ω α I J V J . {\displaystyle {\mathcal {D}}_{\alpha }V_{I}=\partial _{\alpha }V_{I}+{\omega _{\alpha I}}^{J}V_{J}.}

Где спиновая (Лоренцева) связность одноформная (производная аннулирует метрику Минковского ). Мы определяем кривизну через ω α I J {\displaystyle {\omega _{\alpha I}}^{J}} η I J {\displaystyle \eta _{IJ}}

Ω α β I J V J = ( D α D β D β D α ) V I {\displaystyle {\Omega _{\alpha \beta I}}^{J}V_{J}=({\mathcal {D}}_{\alpha }{\mathcal {D}}_{\beta }-{\mathcal {D}}_{\beta }{\mathcal {D}}_{\alpha })V_{I}}

Мы получаем

Ω α β I J = 2 [ α ω β ] I J + 2 ω [ α I K ω β ] K J {\displaystyle {\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}=2\partial _{[\alpha }{\omega _{\beta ]}}^{IJ}+2{\omega _{[\alpha }}^{IK}{\omega _{\beta ]K}}^{J}} .

Введем ковариантную производную, которая аннулирует тетраду,

α e β I = 0 {\displaystyle \nabla _{\alpha }e_{\beta }^{I}=0} .

Связь полностью определяется тетрадой. Действие этого на обобщенный тензор задается формулой V β I {\displaystyle V_{\beta }^{I}}

α V β I = α V β I Γ α β γ V γ I + ω α J I V β J . {\displaystyle \nabla _{\alpha }V_{\beta }^{I}=\partial _{\alpha }V_{\beta }^{I}-\Gamma _{\alpha \beta }^{\gamma }V_{\gamma }^{I}+{\omega _{\alpha J}}^{I}V_{\beta }^{J}.}

Мы определяем кривизну как R α β I J {\displaystyle {R_{\alpha \beta }}^{IJ}}

R α β I J V J = ( α β β α ) V I . {\displaystyle {R_{\alpha \beta I}}^{J}V_{J}=(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha })V_{I}.}

Это легко соотносится с обычной кривизной, определяемой как

R α β γ δ V δ = ( α β β α ) V γ {\displaystyle {R_{\alpha \beta \gamma }}^{\delta }V_{\delta }=(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha })V_{\gamma }}

подставляя в это выражение (подробности см. ниже). Получаем, V γ = V I e γ I {\displaystyle V_{\gamma }=V_{I}e_{\gamma }^{I}}

R α β γ δ = e γ I R α β I J e J δ , R α β = R α γ I J e β I e J γ , R = R α β I J e I α e J β {\displaystyle {R_{\alpha \beta \gamma }}^{\delta }=e_{\gamma }^{I}{R_{\alpha \beta I}}^{J}e_{J}^{\delta },\quad R_{\alpha \beta }={R_{\alpha \gamma I}}^{J}e_{\beta }^{I}e_{J}^{\gamma },\quad R={R_{\alpha \beta }}^{IJ}e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }}

для тензора Римана , тензора Риччи и скаляра Риччи соответственно.

Действие тетрадического Палатини

Скаляр Риччи этой кривизны можно выразить как Действие можно записать e I α e J β Ω α β I J . {\displaystyle e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }{\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}.}

S H P = d 4 x e e I α e J β Ω α β I J {\displaystyle S_{H-P}=\int d^{4}x\;e\;e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }{\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}}

где но теперь является функцией поля кадра. e = g {\displaystyle e={\sqrt {-g}}} g {\displaystyle g}

Мы выведем уравнения Эйнштейна, варьируя это действие относительно тетрады и спиновой связи как независимых величин.

В качестве сокращения для выполнения расчета мы вводим связь, совместимую с тетрадой, [2] Связь, связанная с этой ковариантной производной, полностью определяется тетрадой. Разница между двумя введенными нами связями — это поле, определяемое как α e β I = 0. {\displaystyle \nabla _{\alpha }e_{\beta }^{I}=0.} C α I J {\displaystyle {C_{\alpha I}}^{J}}

C α I J V J = ( D α α ) V I . {\displaystyle {C_{\alpha I}}^{J}V_{J}=\left(D_{\alpha }-\nabla _{\alpha }\right)V_{I}.}

Мы можем вычислить разницу между кривизной этих двух ковариантных производных (подробности см. ниже),

Ω α β I J R α β I J = [ α C β ] I J + C [ α I M C β ] M J {\displaystyle {\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}-{R_{\alpha \beta }}^{IJ}=\nabla _{[\alpha }{C_{\beta ]}}^{IJ}+{C_{[\alpha }}^{IM}{C_{\beta ]M}}^{J}}

Причина этого промежуточного расчета в том, что проще вычислить вариацию, перевыразив действие через и и отметив, что вариация относительно является такой же, как вариация относительно (при сохранении тетрады фиксированной). Действие становится {\displaystyle \nabla } C α I J {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}} ω α I J {\displaystyle {\omega _{\alpha }}^{IJ}} C α I J {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}}

S H P = d 4 x e e I α e J β ( R α β I J + [ α C β ] I J + C [ α I M C β ] M J ) {\displaystyle S_{H-P}=\int d^{4}x\;e\;e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }\left({R_{\alpha \beta }}^{IJ}+\nabla _{[\alpha }{C_{\beta ]}}^{IJ}+{C_{[\alpha }}^{IM}{C_{\beta ]M}}^{J}\right)}

Сначала мы варьируемся относительно . Первый член не зависит от , поэтому он не вносит вклад. Второй член является полной производной. Последний член дает C α I J {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}} C α I J {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}}

e M [ a e N b ] δ [ I M δ J ] K C b K N = 0. {\displaystyle e_{M}^{[a}e_{N}^{b]}\delta _{[I}^{M}\delta _{J]}^{K}{C_{bK}}^{N}=0.}

Ниже мы покажем, что это подразумевает, что поскольку префактор невырожден. Это говорит нам, что совпадает с при действии на объекты только с внутренними индексами. Таким образом, связь полностью определяется тетрадой и совпадает с . Для вычисления вариации относительно тетрады нам нужна вариация . Из стандартной формулы C α I J = 0 {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}=0} e M [ a e N b ] δ [ I M δ J ] K {\displaystyle e_{M}^{[a}e_{N}^{b]}\delta _{[I}^{M}\delta _{J]}^{K}} {\displaystyle \nabla } D {\displaystyle D} D {\displaystyle D} Ω {\displaystyle \Omega } R {\displaystyle R} e = det e α I {\displaystyle e=\det e_{\alpha }^{I}}

δ det ( a ) = det ( a ) ( a 1 ) j i δ a i j {\displaystyle \delta \det(a)=\det(a)\left(a^{-1}\right)_{ji}\delta a_{ij}}

мы имеем . Или при использовании это становится . Мы вычисляем второе уравнение, варьируя относительно тетрады, δ e = e e I α δ e α I {\displaystyle \delta e=ee_{I}^{\alpha }\delta e_{\alpha }^{I}} δ ( e α I e I α ) = 0 {\displaystyle \delta \left(e_{\alpha }^{I}e_{I}^{\alpha }\right)=0} δ e = e e α I δ e I α {\displaystyle \delta e=-ee_{\alpha }^{I}\delta e_{I}^{\alpha }}

δ S H P = d 4 x e ( ( δ e I α ) e J β Ω α β I J + e I α ( δ e J β ) Ω α β I J e γ K ( δ e K γ ) e I α e J β Ω α β I J ) = 2 d 4 x e ( e J β Ω α β I J 1 2 e M γ e N δ e α I Ω γ δ M N ) ( δ e I α ) {\displaystyle {\begin{aligned}\delta S_{H-P}&=\int d^{4}x\;e\left(\left(\delta e_{I}^{\alpha }\right)e_{J}^{\beta }{\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}+e_{I}^{\alpha }\left(\delta e_{J}^{\beta }\right){\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}-e_{\gamma }^{K}\left(\delta e_{K}^{\gamma }\right)e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }{\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}\right)\\&=2\int d^{4}x\;e\left(e_{J}^{\beta }{\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}-{1 \over 2}e_{M}^{\gamma }e_{N}^{\delta }e_{\alpha }^{I}{\Omega _{\gamma \delta }}^{MN}\right)\left(\delta e_{I}^{\alpha }\right)\end{aligned}}}

Получаем, после подстановки , как указано в предыдущем уравнении движения, Ω α β I J {\displaystyle {\Omega _{\alpha \beta }}^{IJ}} R α β I J {\displaystyle {R_{\alpha \beta }}^{IJ}}

e J γ R α γ I J 1 2 R γ δ M N e M γ e N δ e α I = 0 {\displaystyle e_{J}^{\gamma }{R_{\alpha \gamma }}^{IJ}-{1 \over 2}{R_{\gamma \delta }}^{MN}e_{M}^{\gamma }e_{N}^{\delta }e_{\alpha }^{I}=0}

что после умножения на просто говорит нам, что тензор Эйнштейна метрики, определяемой тетрадами, исчезает. Таким образом, мы доказали, что вариация Палатини действия в тетрадической форме дает обычные уравнения Эйнштейна . e I β {\displaystyle e_{I\beta }} R α β 1 2 R g α β {\displaystyle R_{\alpha \beta }-{\tfrac {1}{2}}Rg_{\alpha \beta }}

Обобщения действия Палатини

Мы изменяем действие, добавляя термин

1 2 γ e e I α e J β Ω α β M N [ ω ] ϵ I J M N {\displaystyle -{1 \over 2\gamma }ee_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }{\Omega _{\alpha \beta }}^{MN}[\omega ]{\epsilon ^{IJ}}_{MN}}

Это изменяет действие Палатини на

S = d 4 x e e I α e J β P I J M N Ω α β M N {\displaystyle S=\int d^{4}x\;e\;e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }{P^{IJ}}_{MN}{\Omega _{\alpha \beta }}^{MN}}

где

P I J M N = δ M [ I δ N J ] 1 2 γ ϵ I J M N . {\displaystyle {P^{IJ}}_{MN}=\delta _{M}^{[I}\delta _{N}^{J]}-{1 \over 2\gamma }{\epsilon ^{IJ}}_{MN}.}

Это действие, приведенное выше, является действием Холста, введенным Холстом [3] , и является параметром Барберо-Иммирци, роль которого была признана Барберо [4] и Иммирци. [5] Самодвойственная формулировка соответствует выбору . γ {\displaystyle \gamma } γ = i {\displaystyle \gamma =-i}

Легко показать, что эти действия дают те же уравнения. Однако случай, соответствующий , должен быть рассмотрен отдельно (см. статью самодвойственное действие Палатини ). Предположим , тогда имеет обратное, заданное формулой γ = ± i {\displaystyle \gamma =\pm i} γ ± i {\displaystyle \gamma \not =\pm i} P I J M N {\displaystyle {P^{IJ}}_{MN}}

( P 1 ) I J M N = γ 2 γ 2 + 1 ( δ I [ M δ J N ] + 1 2 γ ϵ I J M N ) . {\displaystyle {(P^{-1})_{IJ}}^{MN}={\frac {\gamma ^{2}}{\gamma ^{2}+1}}\left(\delta _{I}^{[M}\delta _{J}^{N]}+{\frac {1}{2\gamma }}{\epsilon _{IJ}}^{MN}\right).}

(обратите внимание, что это расходится для ). Поскольку эта обратная функция существует, обобщение префактора также будет невырожденным, и как таковые эквивалентные условия получаются из вариации относительно связности. Мы снова получаем . В то время как вариация относительно тетрады дает уравнение Эйнштейна плюс дополнительный член. Однако этот дополнительный член исчезает из-за симметрии тензора Римана. γ = ± i {\displaystyle \gamma =\pm i} e M [ a e N b ] δ [ I M δ J ] K {\displaystyle e_{M}^{[a}e_{N}^{b]}\delta _{[I}^{M}\delta _{J]}^{K}} C α I J = 0 {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}=0}

Детали расчета

Соотношение обычной кривизны со смешанной кривизной индекса

Обычный тензор кривизны Римана определяется как R α β γ δ {\displaystyle {R_{\alpha \beta \gamma }}^{\delta }}

R α β γ δ V δ = ( α β β α ) V γ . {\displaystyle {R_{\alpha \beta \gamma }}^{\delta }V_{\delta }=\left(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha }\right)V_{\gamma }.}

Чтобы найти связь со смешанным индексом тензора кривизны, подставим V γ = e γ I V I {\displaystyle V_{\gamma }=e_{\gamma }^{I}V_{I}}

R α β γ δ V δ = ( α β β α ) V γ = ( α β β α ) ( e γ I V I ) = e γ I ( α β β α ) V I = e γ I R α β I J e J δ V δ {\displaystyle {\begin{aligned}{R_{\alpha \beta \gamma }}^{\delta }V_{\delta }&=\left(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha }\right)V_{\gamma }\\&=\left(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha }\right)\left(e_{\gamma }^{I}V_{I}\right)\\&=e_{\gamma }^{I}\left(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha }\right)V_{I}\\&=e_{\gamma }^{I}{R_{\alpha \beta I}}^{J}e_{J}^{\delta }V_{\delta }\end{aligned}}}

где мы использовали . Поскольку это верно для всех , то получаем α e β I = 0 {\displaystyle \nabla _{\alpha }e_{\beta }^{I}=0} V δ {\displaystyle V_{\delta }}

R α β γ δ = e γ I R α β I J e J δ {\displaystyle {R_{\alpha \beta \gamma }}^{\delta }=e_{\gamma }^{I}{R_{\alpha \beta I}}^{J}e_{J}^{\delta }} .

Используя это выражение, находим

R α β = R α γ β γ = R α γ I J e β I e J γ . {\displaystyle R_{\alpha \beta }={R_{\alpha \gamma \beta }}^{\gamma }={R_{\alpha \gamma I}}^{J}e_{\beta }^{I}e_{J}^{\gamma }.}

Свертывание и позволяет нам записать скаляр Риччи α {\displaystyle \alpha } β {\displaystyle \beta }

R = R α β I J e I α e J β . {\displaystyle R={R_{\alpha \beta }}^{IJ}e_{I}^{\alpha }e_{J}^{\beta }.}

Разница между кривизной

Производная, определенная с помощью , знает, как действовать только на внутренние индексы. Однако мы считаем удобным рассмотреть расширение без кручения для индексов пространства-времени. Все вычисления будут независимы от этого выбора расширения. Применяя дважды к , D α V I {\displaystyle D_{\alpha }V_{I}} D a {\displaystyle {\mathcal {D}}_{a}} V I {\displaystyle V_{I}}

D α D β V I = D α ( β V I + C β I J V J ) = α ( β V I + C β I J V J ) + C α I K ( b V K + C β K J V J ) + Γ ¯ α β γ ( γ V I + C γ I J V J ) {\displaystyle {\mathcal {D}}_{\alpha }{\mathcal {D}}_{\beta }V_{I}={\mathcal {D}}_{\alpha }(\nabla _{\beta }V_{I}+{C_{\beta I}}^{J}V_{J})=\nabla _{\alpha }\left(\nabla _{\beta }V_{I}+{C_{\beta I}}^{J}V_{J}\right)+{C_{\alpha I}}^{K}\left(\nabla _{b}V_{K}+{C_{\beta K}}^{J}V_{J}\right)+{\overline {\Gamma }}_{\alpha \beta }^{\gamma }\left(\nabla _{\gamma }V_{I}+{C_{\gamma I}}^{J}V_{J}\right)}

где неважно, нужно только отметить, что он симметричен по и так как не имеет кручения. Тогда Γ ¯ α β γ {\displaystyle {\overline {\Gamma }}_{\alpha \beta }^{\gamma }} α {\displaystyle \alpha } β {\displaystyle \beta }

Ω α β I J V J = ( D α D β D β D α ) V I = ( α β β α ) V I + α ( C β I J V J ) β ( C α I J V J ) + C α I K β V K C β I K α V K + C α I K C β K J V J C β I K C α K J V J = R α β I J V J + ( α C β I J β C α I J + C α I K C β K J C β I K C α K J ) V J {\displaystyle {\begin{aligned}{\Omega _{\alpha \beta I}}^{J}V_{J}&=\left({\mathcal {D}}_{\alpha }{\mathcal {D}}_{\beta }-{\mathcal {D}}_{\beta }{\mathcal {D}}_{\alpha }\right)V_{I}\\&=\left(\nabla _{\alpha }\nabla _{\beta }-\nabla _{\beta }\nabla _{\alpha }\right)V_{I}+\nabla _{\alpha }\left({C_{\beta I}}^{J}V_{J}\right)-\nabla _{\beta }\left({C_{\alpha I}}^{J}V_{J}\right)+{C_{\alpha I}}^{K}\nabla _{\beta }V_{K}-{C_{\beta I}}^{K}\nabla _{\alpha }V_{K}+{C_{\alpha I}}^{K}{C_{\beta K}}^{J}V_{J}-{C_{\beta I}}^{K}{C_{\alpha K}}^{J}V_{J}\\&={R_{\alpha \beta I}}^{J}V_{J}+\left(\nabla _{\alpha }{C_{\beta I}}^{J}-\nabla _{\beta }{C_{\alpha I}}^{J}+{C_{\alpha I}}^{K}{C_{\beta K}}^{J}-{C_{\beta _{I}}}^{K}{C_{\alpha K}}^{J}\right)V_{J}\end{aligned}}}

Следовательно:

Ω a b I J R a b I J = 2 [ a C b ] I J + 2 C [ a I K C b ] K J {\displaystyle {\Omega _{ab}}^{IJ}-{R_{ab}}^{IJ}=2\nabla _{[a}{C_{b]}}^{IJ}+2{C_{[a}}^{IK}{C_{b]K}}^{J}}

Изменение действия относительно поля C α I J {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}}

Мы также ожидаем аннулирования метрики Минковского . Если мы также предположим, что ковариантная производная аннулирует метрику Минковского (тогда она называется метрикой без кручения), то мы имеем, a {\displaystyle \nabla _{a}} η I J = e β I e J β {\displaystyle \eta _{IJ}=e_{\beta I}e_{J}^{\beta }} D α {\displaystyle {\mathcal {D}}_{\alpha }}

0 = ( D α α ) η I J = C α I K η K J + C a J K η I K = C α I J + C α J I . {\displaystyle 0=({\mathcal {D}}_{\alpha }-\nabla _{\alpha })\eta _{IJ}={C_{\alpha I}}^{K}\eta _{KJ}+{C_{aJ}}^{K}\eta _{IK}=C_{\alpha IJ}+C_{\alpha JI}.}

Подразумевая

C α I J = C α [ I J ] . {\displaystyle C_{\alpha IJ}=C_{\alpha [IJ]}.}

Из последнего члена действия имеем от изменяющегося по отношению к C α I J , {\displaystyle {C_{\alpha I}}^{J},}

δ S E H = δ d 4 x e e M γ e N β C [ γ M K C β ] K N = δ d 4 x e e M [ γ e N β ] C γ M K C β K N = δ d 4 x e e M [ γ e N β ] C γ M K C β K N = d 4 x e e M [ γ e N β ] ( δ γ α δ M I δ J K C β K N + C γ M K δ β α δ K I δ J N ) δ C α I J = d 4 x e ( e I [ α e N β ] C β J N + e M [ β e J α ] C β M I ) δ C α I J {\displaystyle {\begin{aligned}\delta S_{EH}&=\delta \int d^{4}x\;e\;e_{M}^{\gamma }e_{N}^{\beta }{C_{[\gamma }}^{MK}{C_{\beta ]K}}^{N}\\&=\delta \int d^{4}x\;e\;e_{M}^{[\gamma }e_{N}^{\beta ]}{C_{\gamma }}^{MK}{C_{\beta K}}^{N}\\&=\delta \int d^{4}x\;e\;e^{M[\gamma }e_{N}^{\beta ]}{C_{\gamma M}}^{K}{C_{\beta K}}^{N}\\&=\int d^{4}x\;ee^{M[\gamma }e_{N}^{\beta ]}\left(\delta _{\gamma }^{\alpha }\delta _{M}^{I}\delta _{J}^{K}{C_{\beta K}}^{N}+{C_{\gamma M}}^{K}\delta _{\beta }^{\alpha }\delta _{K}^{I}\delta _{J}^{N}\right)\delta {C_{\alpha I}}^{J}\\&=\int d^{4}x\;e\left(e^{I[\alpha }e_{N}^{\beta ]}{C_{\beta J}}^{N}+e^{M[\beta }e_{J}^{\alpha ]}{C_{\beta M}}^{I}\right)\delta {C_{\alpha I}}^{J}\end{aligned}}}

или

e I [ α e K β ] C β J K + e K [ β e J α ] C β K I = 0 {\displaystyle e_{I}^{[\alpha }e_{K}^{\beta ]}{C_{\beta J}}^{K}+e^{K[\beta }e_{J}^{\alpha ]}C_{\beta KI}=0}

или

C β I K e K [ α e J β ] + C β J K e I [ α e K β ] = 0. {\displaystyle {C_{\beta I}}^{K}e_{K}^{[\alpha }e_{J}^{\beta ]}+{C_{\beta J}}^{K}e_{I}^{[\alpha }e_{K}^{\beta ]}=0.}

где мы использовали . Это можно записать более компактно как C β K I = C β I K {\displaystyle C_{\beta KI}=-C_{\beta IK}}

e M [ α e N β ] δ [ I M δ J ] K C β K N = 0. {\displaystyle e_{M}^{[\alpha }e_{N}^{\beta ]}\delta _{[I}^{M}\delta _{J]}^{K}{C_{\beta K}}^{N}=0.}

Исчезновение C α I J {\displaystyle {C_{\alpha }}^{IJ}}

Мы покажем, следуя ссылке «Геометродинамика против динамики связей» [6], что

C β I K e K [ α e J β ] + C β J K e I [ α e K β ] = 0 E q .1 {\displaystyle {C_{\beta I}}^{K}e_{K}^{[\alpha }e_{J}^{\beta ]}+{C_{\beta J}}^{K}e_{I}^{[\alpha }e_{K}^{\beta ]}=0\quad Eq.1}

подразумевает Сначала мы определяем тензорное поле пространства-времени как C α I J = 0. {\displaystyle {C_{\alpha I}}^{J}=0.}

S α β γ := C α I J e β I e γ J . {\displaystyle S_{\alpha \beta \gamma }:=C_{\alpha IJ}e_{\beta }^{I}e_{\gamma }^{J}.}

Тогда условие эквивалентно . Свертывание уравнения 1 с единицей вычисляет, что C α I J = C α [ I J ] {\displaystyle C_{\alpha IJ}=C_{\alpha [IJ]}} S α β γ = S α [ β γ ] {\displaystyle S_{\alpha \beta \gamma }=S_{\alpha [\beta \gamma ]}} e α I e γ J {\displaystyle e_{\alpha }^{I}e_{\gamma }^{J}}

C β J I e γ J e I β = 0. {\displaystyle {C_{\beta J}}^{I}e_{\gamma }^{J}e_{I}^{\beta }=0.}

Как мы имеем Мы пишем это как S α β γ = C α I J e β I e J γ , {\displaystyle {S_{\alpha \beta }}^{\gamma }={C_{\alpha I}}^{J}e_{\beta }^{I}e_{J}^{\gamma },} S β γ β = 0. {\displaystyle {S_{\beta \gamma }}^{\beta }=0.}

( C β I J e J β ) e γ I = 0 , {\displaystyle ({C_{\beta I}}^{J}e_{J}^{\beta })e_{\gamma }^{I}=0,}

и так как являются обратимыми, это подразумевает e α I {\displaystyle e_{\alpha }^{I}}

C β I J e J β = 0. {\displaystyle {C_{\beta I}}^{J}e_{J}^{\beta }=0.}

Таким образом, члены и уравнения 1 оба исчезают, и уравнение 1 сводится к C β I K e K β e J α , {\displaystyle {C_{\beta I}}^{K}e_{K}^{\beta }e_{J}^{\alpha },} C β J K e I α e K β {\displaystyle {C_{\beta J}}^{K}e_{I}^{\alpha }e_{K}^{\beta }}

C β I K e K α e J β C β J K e I β e K α = 0. {\displaystyle {C_{\beta I}}^{K}e_{K}^{\alpha }e_{J}^{\beta }-{C_{\beta J}}^{K}e_{I}^{\beta }e_{K}^{\alpha }=0.}

Если мы теперь свернём это с , то получим e γ I e δ J {\displaystyle e_{\gamma }^{I}e_{\delta }^{J}}

0 = ( C β I K e K α e J β C β J K e I β e K α ) e γ I e δ J = C β I K e K α e γ I δ δ β C β J K δ γ β e K α e δ J = C δ I K e γ I e K α C γ J K e δ J e K α {\displaystyle {\begin{aligned}0&=\left({C_{\beta I}}^{K}e_{K}^{\alpha }e_{J}^{\beta }-{C_{\beta J}}^{K}e_{I}^{\beta }e_{K}^{\alpha }\right)e_{\gamma }^{I}e_{\delta }^{J}\\&={C_{\beta I}}^{K}e_{K}^{\alpha }e_{\gamma }^{I}\delta _{\delta }^{\beta }-{C_{\beta J}}^{K}\delta _{\gamma }^{\beta }e_{K}^{\alpha }e_{\delta }^{J}\\&={C_{\delta I}}^{K}e_{\gamma }^{I}e_{K}^{\alpha }-{C_{\gamma J}}^{K}e_{\delta }^{J}e_{K}^{\alpha }\end{aligned}}}

или

S γ δ α = S ( γ δ ) α . {\displaystyle {S_{\gamma \delta }}^{\alpha }={S_{(\gamma \delta )}}^{\alpha }.}

Поскольку у нас есть и , мы можем последовательно поменять местами первые два, а затем последние два индекса с соответствующей сменой знака каждый раз, чтобы получить, S α β γ = S α [ β γ ] {\displaystyle S_{\alpha \beta \gamma }=S_{\alpha [\beta \gamma ]}} S α β γ = S ( α β ) γ {\displaystyle S_{\alpha \beta \gamma }=S_{(\alpha \beta )\gamma }}

S α β γ = S β α γ = S β γ α = S γ β α = S γ α β = S α γ β = S α β γ {\displaystyle S_{\alpha \beta \gamma }=S_{\beta \alpha \gamma }=-S_{\beta \gamma \alpha }=-S_{\gamma \beta \alpha }=S_{\gamma \alpha \beta }=S_{\alpha \gamma \beta }=-S_{\alpha \beta \gamma }}

Подразумевая

S α β γ = 0 , {\displaystyle S_{\alpha \beta \gamma }=0,}

или

C α I J e β I e γ J = 0 , {\displaystyle C_{\alpha IJ}e_{\beta }^{I}e_{\gamma }^{J}=0,}

и поскольку обратимы, то получаем . Это и есть желаемый результат. e α I {\displaystyle e_{\alpha }^{I}} C α I J = 0 {\displaystyle C_{\alpha IJ}=0}

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ А. Палатини (1919) Deduzione invariantiva delle Equazioni Gravitazionali dal Principio di Hamilton , Rend. Цирк. Мат. Palermo 43 , 203-212 [английский перевод Р.Хоймана и К.Мукку в книге П.Г. Бергманна и В. Де Саббаты (ред.) Космология и гравитация, Plenum Press, Нью-Йорк (1980)]
  2. ^ А. Аштекар «Лекции по непертурбативной канонической гравитации» (с приглашенными авторами), Библиополис, Неаполь, 19988.
  3. ^ Хольст, Сёрен (1996-05-15). "Гамильтониан Барберо, полученный из обобщенного действия Гильберта-Палатини". Physical Review D. 53 ( 10): 5966– 5969. arXiv : gr-qc/9511026 . Bibcode : 1996PhRvD..53.5966H. doi : 10.1103/physrevd.53.5966. ISSN  0556-2821. PMID  10019884. S2CID  15959938.
  4. ^ Barbero G., J. Fernando (1995-05-15). "Действительные переменные Аштекара для лоренцевых сигнатурных пространств-времен". Physical Review D. 51 ( 10): 5507– 5510. arXiv : gr-qc/9410014 . Bibcode : 1995PhRvD..51.5507B. doi : 10.1103/physrevd.51.5507. ISSN  0556-2821. PMID  10018309. S2CID  16314220.
  5. ^ Иммирци, Джорджио (1997-10-01). «Действительные и комплексные связи для канонической гравитации». Классическая и квантовая гравитация . 14 (10). Издательство IOP: L177 – L181 . arXiv : gr-qc/9612030 . Bibcode : 1997CQGra..14L.177I. doi : 10.1088/0264-9381/14/10/002. ISSN  0264-9381. S2CID  5795181.
  6. ^ Романо, Джозеф Д. (1993). «Геометродинамика против динамики связей». Общая теория относительности и гравитация . 25 (8): 759– 854. arXiv : gr-qc/9303032 . Bibcode :1993GReGr..25..759R. doi :10.1007/bf00758384. ISSN  0001-7701. S2CID  119359223.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Tetradic_Palatini_action&oldid=1272824607"