3-divergencia del vector de vorticidad en GR

En Cosmologías Relativistas (Ellis, Maartens, MacCallum), los autores afirman que (página 86, sección 4.7)

(A) ω i ; i ¯ = ω i tu ˙ i .
Aquí tu i es un campo vectorial temporal, tu ˙ i := tu i ; j tu j es la aceleración y la vorticidad ω i j := h i k h j tu [ k ; ] ha sido definido, donde h i j := tu i tu j + gramo i j es el operador de proyección relativo a tu i (convención de firma similar al espacio) y los corchetes indican antisimetrización. Entonces ω i := 1 2 tu ε j k i ω j k , dónde ε i j k es el tensor de Levi-Civita (denotado por η i j k en el libro). finalmente ω i ; j ¯ := h i k h j ω k .

esta ecuacion ( A ) se supone que se deriva de la identidad de Ricci para tu i , pero debido a un error tipográfico no me queda claro exactamente cómo. Sin embargo, al intentar reproducirlo, encuentro que el lado derecho debería ser cero. Mi intento sigue a continuación.

De las definiciones tenemos h i j h i k = tu j tu k + d j k = h j k , de donde

ω i ; i ¯ = ω i ; i + tu i tu j ω i ; j .
Eligiendo un marco de co-movimiento obtenemos tu i tu j ω i ; j = γ j i k tu j tu k ω i = ω i tu ˙ i , que es una ecuación generalmente covariante, de donde
(1) ω i ; i ¯ = ω i ; i ω i tu ˙ i .
También de la definición tenemos
ω i ; i = 1 2 ( tu ; i ε j k i ω j k + tu ε j k i ω j k ; i ) ,
donde usamos el hecho de que el tensor de Levi-Civita tiene una derivada covariante que se desvanece. Ahora, desde tu i ; j = tu i ; j ¯ tu ˙ i tu j Debemos tener tu ; i ε j k i ω j k = tu ˙ tu i ε j k i ω j k = tu i ε i j k ω j k tu ˙ , entonces
(2) ω i ; i = ω i tu ˙ i 1 2 tu ε j k i ω j k ; i

Finalmente, a partir de la identidad de Ricci para tu i ( tu i ; [ j k ] = 1 2 R i k j tu ) contratando con tu ε i j k obtenemos

tu ε i j k tu i ; [ j k ] = 1 2 tu ε i j k R i metro k j tu metro = 1 2 tu ε i j k R metro i j k tu metro = 0 ,
por la identidad cíclica (primera identidad de Bianchi), pero tu ε i j k tu i ; [ j k ] = tu ε i j k tu [ i ; j ] k y como el tensor Levi-Civita sirve para proyectar ortogonalmente tenemos tu ε i j k tu i ; [ j k ] = tu ε i j k ω i j ; k De dónde
(3) tu ε i j k ω i j ; k = 0.

Combinatorio ( 1 ) , ( 2 ) , y ( 3 ) obtenemos

(B) ω i ; i ¯ = 0.

Sin embargo, ( A ) y ( B ) ciertamente parecen ser contradictorios. ¿Son conciliables o es ( A ) o ( B ) ¿equivocado? Parece que no puedo encontrar ningún error en mis cálculos.

Respuestas (1)

Mi error estuvo en la derivación de ( 3 ) , donde asumí implícitamente que el operador de proyección tiene una derivada covariante que se desvanece, algo que obviamente no es cierto. Específicamente, si uno lleva a cabo los cálculos, se obtiene

ω i j ; k = tu ˙ [ i tu j ] ; k + 2 tu ; k ω [ j tu i ] + h i h j metro tu [ ; metro ] k .
Al contraerse con 1 2 tu ε i j k el término medio desaparece debido a las simetrías, y los operadores de proyección en el último término se convierten en deltas de Kronecker por la misma razón y, por lo tanto, desaparece por la identidad de Ricci (es decir, mi argumento original), de donde
(4) 1 2 tu ε i j k ω i j ; k = 1 2 tu ε i j k tu ˙ i tu j ; k = ω i tu ˙ i .
reemplazando ( 3 ) en el OP con ( 4 ) rinde exactamente ( A ) :
(A) ω i ; i ¯ = ω i tu ˙ i .