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

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

.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
552.22 Кб
Скачать

X

 

 

 

Rn

n

 

 

 

 

 

 

h : U −→ Rn

 

X

U Rn(U, h)

U X

n

 

 

 

U

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

U X

 

 

 

(U, h)

 

 

 

 

 

 

 

p U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

(x1(p), . . . , xn(p)) = h(p) Rn ,

xi(p) R.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

←→1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xi(p), i = 1, . . . , n

U

 

 

 

 

 

 

 

 

(U, h)

(U, h)

 

(U, x1, . . . , xn ) = (U, xi)

 

 

W = U ∩ V =

(U, h) = (U, xi) (V, k ) = (V, yi) X Cr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h(W )

k(W )

Rn

 

 

 

 

 

 

C

r

 

(k|W ) ◦ (h|W )−1 : h(W ) −→ k(W )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p W

 

 

 

p ←→ x1(p), . . . , xn(p) ,

p ←→ y1(p), . . . , yn(p)

 

 

y = φ(x) (y = ((k ◦ h−1) x )

y = φ(x)

Cr

{(Uα, hα)}

Cr

X

Cr

 

 

αUα = X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cr

A A

A A

CrX

 

Cr

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

r

Cr

 

 

(X , A)

 

 

A

 

C

 

X

 

 

(X , A )

(Yr

, A )

 

 

 

 

 

 

 

X = Y

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

Rn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

Sn

 

 

Rn+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(x1)2 + . . . + (xn+1)2 = (D/2)2

 

 

 

 

 

 

Xn

Yn n

 

 

 

 

xn+1 = ±(D/2)

Rn+1

xi, i = 1, . . . , n

i

n+1

 

Yn

S = (y

i

n+1

xi → yi

 

 

 

 

N

= (x

= 0, x

= (D/2))

 

= 0, x

= −(D/2))

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p S

 

 

 

 

xn+1

P 2

 

 

p

S

 

 

Xn

yi

 

 

N

i

} i

 

p 6= S

{x

}

p 6= N

 

{y

N 6= p 6= S

{xi}

 

 

yi = f(x)xi.

p

 

p

 

x = (x1)2 + . . . + (xn)2, y = (y1)2 + . . . + (yn)2

x/D = tg α, y/D = ctg α

 

 

 

xy = D2

 

 

xi

 

 

 

 

xy = D2

i

 

D2

i

i

D2

i

 

y

=

 

x

←→ x =

 

y

.

x2

y2

{yi}

 

{xi}

 

 

 

 

P 2

xi

Yn

p

{yi}

f(x)x2

p

hα Vα Vα

Uα

{xi} {yi}

 

Sn

 

 

 

 

 

 

 

Sn

 

 

 

 

 

Rn

 

 

 

 

 

(−)

 

Rn

 

 

(x1, . . . , xn)

x1 ≤ 0

Y

n

{(Uα, hα)}

 

 

X

 

 

 

 

 

Uα

n

 

X \ Y

 

hα : Uα −→ R

 

Rn

Uα

 

( )

 

Uα

∩ Y

 

 

 

1

 

R

n

 

Uα

 

 

 

 

 

 

 

 

x

= 0

hα ◦ hβ−1 ≡ hαβ

{( Uα, hα)} {(Uβ, hβ )}

 

X Uα ∩ Uβ 6=

 

 

 

 

hβ(Uα ∩ Uβ)

hα(Uα ∩ Uβ )

 

 

hαβ

 

 

Y

 

 

 

 

Uα ∩Y

hα|Uα∩Y

 

 

Y

∂X

 

Y

 

X

 

 

∂X

(n − 1)

 

 

 

X

 

X = X \ ∂X

 

∂∂X =

 

Uα ∩ ∂X =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rn

xi, i = 1, . . . , n

 

 

Rn

xi(t), i = 1, . . . , n

 

 

vi = x˙ i(t0)

xi(t0)

 

 

i

i

1

n

x

= x

(x , . . . , x )

xi(t) = xi( x1(t), . . . , xn(t) )

vi= x˙ i(t0)

i

 

∂xi

i

 

=

 

,

i

 

 

∂x

 

 

 

vi

=

∂xi

 

0 vi.

 

 

 

∂xi

 

 

A(p)

 

 

 

 

 

 

X

p

X

p

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V : A(p) −→ Rn,

 

( U, h ) = ( U, x1, . . . , xn )

 

( U, h) = ( U, x1, . . . , xn)

A(p)

V (U, h ) = (v1, . . . , vn ) V (U, h) = (v1, . . . , vn)

Rn

 

vi

=

i

 

p

vi.

 

 

∂xi

 

 

 

 

 

∂x

 

 

 

 

vi

V

 

 

 

 

 

 

 

(U, h )

 

 

 

 

 

V = (v1, . . . , vn)

 

TpX

 

 

 

 

 

 

X

p

 

 

 

 

 

 

X

X

p

 

 

 

 

 

 

 

R

(V + W )(U, h) = V (U, h) + W (U, h),

(λV )(U, h) = λV (U, h)

V, W TpX , λ R

V = (v1, . . . , vn), W = (w1, . . . , wn),

V + W = (v1 + w1, . . . , vn + wn),

λV = (λv1, . . . , λvn).

TpX Rn

(U, h) V = (v1, . . . , vn)

 

 

 

 

 

 

Rn

 

(v1, . . . , vn)

 

 

 

 

 

 

TpX −→ Rn

 

 

 

(U, h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V (U, h ) 7→(v1, . . . , vn ) Rn,

vi, i = 1 . . . , n

 

 

 

 

 

V

 

(U, h)

 

 

 

 

 

 

 

Rn

 

 

 

V (U, h)

 

 

 

 

(U, h)

 

 

 

(U, h) A(p)

 

 

 

 

 

Rn

 

 

 

 

 

 

 

e1, e2, . . . , en

 

 

 

p ,

∂x2 p , . . . ,

∂xn p .

 

∂x1

 

 

 

 

 

 

 

V TpX

 

 

 

 

 

 

TpX

 

 

1

 

 

n

) (U, h)

 

 

(U, h)

V = (v

, . . . , v

 

 

V = vi , ∂xi p

 

 

 

 

 

p

=

∂xi

 

p

 

p

 

 

 

 

 

∂xi

∂xi

 

∂xi

 

 

X

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

n m

 

 

f : X −→ Y

 

 

 

 

 

 

 

 

1

p n X

1

, . . . , y

m

)

q = f(p) Y

X Y

 

 

 

 

 

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

(V, y

 

 

 

 

 

 

 

 

p U f(U) V

 

 

 

 

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

 

 

j = 1, . . . , m,

 

fj

 

 

V ( U, h )

 

 

W ( V, k )

(∂fj /∂xi)p ≡ (∂yj/∂xi)p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wj

=

∂yj

p

vi.

 

 

 

 

 

 

 

 

∂xi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(U, h) = (U, x1, . . . , xn)

(V , k)

= (V , y1, . . . , ym)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X Y

p U

q V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∂yj

 

 

 

∂yj

 

 

∂yj

 

 

 

 

wj

 

=

 

 

q wj =

 

 

 

q

 

 

 

p vi =

 

 

 

 

∂yj

 

∂yj

∂xi

 

 

 

∂yj

 

∂yj

 

 

∂xi

 

 

 

 

∂yj

 

 

 

 

 

q

 

 

p

 

 

 

p vi

=

 

p vi

.

 

 

∂yj

∂xi

∂xi

 

∂xi

 

TpX −→ TqY.

 

 

TpX −→ TqY

 

 

f

p

 

(d f)p

d fp

 

 

1

fm: X −→1 Y gs : Y −→ Z

( U, x1, . . . , xn )

( V, y

, . . . , y ) ( W, z , . . . , z )

X , Y Z

f(U)

V, g(V ) W y = f(x), z = g(y)

 

 

f g

g ◦ f : X −→ Z

 

z =

g(f(x))

 

 

d (g ◦ f)p = d gq ◦ d fp.

f : X −→ R

TpX

d fp

V f = d fp(V )

i = 1, . . . , n

Tp X

Y = R

 

 

X

 

d fp

 

f

p

TqR = R

Tp

X −→

R

 

 

 

Tp X

Xp

V TpX

d fp(V ) =

∂xi p

vi.

 

 

∂f

 

 

 

 

f

V

 

 

 

 

(∂/∂xi)pf = (∂f/∂xi)p

 

 

 

 

TpX

d x1p, . . . , d xnp .

d xpj

=

 

∂xj

p

= δij

d xpj (V ) = vj.

∂xi

∂xi

d fp = ∂fi d xi . ∂x p p

∂xi

=

∂xi p

∂xi.

∂f

 

 

∂xi

∂f

vi =

∂xi

p

vi,

vi=

∂xi

p

vi.

 

 

 

 

 

∂xi

∂xi

 

 

 

 

 

wi

 

 

(∂/∂xi)p

 

 

 

 

viwi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V Tp X

 

 

 

 

 

V = vi

d xpi

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Y n

X

 

f : Y −→ X

m

 

p Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

m ≤ n

 

 

 

 

d fp : TpY −→ TqX ,

q = f(p)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i : Y −→ X ,

i(p) = p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

n

 

 

 

 

p

 

 

 

Y

 

 

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

 

 

X

1

1

|V , . . . , y

m

= x

m

|V

Y

 

V U ∩ Y

 

 

y

 

= x

 

 

 

m

 

x1, . . . , xm

 

n

q

U

0, . . . , x (q) = 0

 

 

 

 

x1, . . . , xn

1

Y

 

m

(∂/∂x )p, . . . (∂/∂x )p

X

(U, h) = (U, x1, . . . , xn) p

Tp X

 

 

 

 

 

 

 

p

, . . . ,

 

p ,

 

 

∂x1

∂xn

 

 

 

Sp

 

 

(a, b)

V

TpY

(n− ∂X

X

d x1p, . . . , d xnp .

TpX

na+b

Sp

(U, h) (U, h)

j1...jb

=

∂xi1

p . . .

∂xia

p

·

∂xj1

p

. . .

∂xjb

p

j1...jb

Si1...ia

 

 

 

 

Si1...ia

∂xi1

∂xia

∂xj1

∂xjb

(a, b)

(S + T )j1...jb = Sj1...jb + T j1...jb

i1...ia

i1...ia

i1...ia

(λS)j1...jb = λ · Sj1...jb i1...ia i1...ia

V

xm+1(q) =

TpX n

1)

TpX

Sj1...jb i1...ia

Sp

.

(a, b)

p

 

 

 

X Y

(U, h)

n2

Sij = XiY j .

(U, h) n2

Sij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

(0, 2)

 

S = X Y

 

X

Y

 

 

 

 

 

 

Sp

(a, b) Tp

(c, d)

 

Sp Tp = (S T )p

 

(a+c, b+d)

 

j1...jb+d

j1...jb

jb+1...jb+d

 

 

 

(S T )i1...ia+c

= Si1...ia

· Tia+1...ia+c .

 

 

(λS T )p = (S λT )p = λ(S T )p , λ R,

( (R + S) T )p = (R T )p + (S T )p,

( (R S) T )p = (R (S T ) )p.

(R S T )p

 

 

 

S T 6= T S.

 

 

 

 

(a, b)

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(d xi1 )p . . .

(d xia )p

 

p . . .

 

p .

 

 

∂xj1

∂xjb

 

 

 

Sp

 

 

 

j1...jb

 

 

 

 

 

 

 

 

Si1...ia

 

 

 

 

 

Sp

(a, b)

 

 

 

 

 

js

 

 

ir

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Xi

j1...js−1ijs...jb−1

 

˜j1...jb−1

 

 

 

 

 

 

Si1...ir−1iir ...ia−1

= Si1...ia−1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a − 1, b − 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sp

 

 

 

 

 

j1...jb

 

Sp

1

p n X

(U, h)

 

Si1...ia

 

p

 

x , . . . , x

 

 

 

p −→ Sp

 

X

 

 

 

 

 

 

(a, b)