Campos vectoriales de coordenadas asociados a coordenadas normales

Dejar ( METRO , gramo ) ser una variedad pseudo-Riemann, pag METRO y B pag = { X i pag : i = 1 , , norte } T pag METRO una base ortonormal del espacio tangente del punto pag METRO .

Adjunto a esta base B pag y usando el mapa exponencial (inducido por la conexión Levi-Civita), tenemos el llamado sistema de coordenadas normal alrededor de una vecindad tu METRO de pag

ϕ : tu METRO ϕ ( tu ) R norte .

Mi pregunta es sobre los campos de vectores de coordenadas locales adjuntos a este sistema de coordenadas:

{ ϕ 1 | , , ϕ norte | } X ( tu ) .

No es difícil ver que estos campos vectoriales evaluados en pag coincidir con los vectores tangentes originales utilizados para definir el sistema de coordenadas normal, es decir

ϕ i | pag = X i pag para todos i = 1 , , norte ,

y por lo tanto forman una base ortonormal de T pag METRO .

Me gustaría saber si los campos vectoriales de coordenadas evaluados en un punto diferente tu q pag

{ ϕ 1 | q , , ϕ norte | q } T q METRO

formar una base ortonormal? Si no, ¿en qué casos esto es cierto?

Estoy pensando que, quizás, la situación anterior esté relacionada con la curvatura del espacio-tiempo. Tal vez, algo como "los campos de vectores de coordenadas adjuntos a las coordenadas normales son ortogonales en tu si y solo si el espacio-tiempo es localmente plano en tu (el tensor de Riemann desaparece en tu )" ¿podra celebrar?

Respuestas (2)

Si la base de coordenadas es ortonormal en un conjunto abierto tu , entonces en ese conjunto tenemos

gramo i j = ϕ i , ϕ j =   η i j ,

lo cual solo es posible si la métrica es plana tu .

Además, con el significado habitual (al menos en física) de "localmente plano", cada variedad es localmente plana, porque la métrica siempre se puede establecer igual a la métrica euclidiana/Minkowski más los términos de segundo orden. Estás usando un significado ligeramente diferente, así que ten cuidado con eso.

¿Estás seguro de que los físicos dirían que cualquier variedad es localmente plana? Creo que todos, tanto físicos como matemáticos, están de acuerdo en que "planitud" significa desaparición del tensor de curvatura. Esto no se puede hacer que suceda, incluso localmente, en la mayoría de los casos.
La definición de localmente plano que conozco de los libros de física es lo que dije: en un punto dado, uno puede usar coordenadas donde la métrica es euclidiana y los símbolos de Christoffel son cero. Puedo encontrar este uso en Schutz, por ejemplo.
Así es: una variedad es plana en un punto si puede encontrar una vecindad del punto y las coordenadas en esa vecindad para que los símbolos de Christoffel desaparezcan en la vecindad. Pero no se puede hacer que los símbolos de Christoffel desaparezcan localmente alrededor de un punto a menos que el tensor de curvatura desaparezca de forma idéntica en ese punto. Se pueden hacer desaparecer exactamente en un punto, ¡pero no en un parche de coordenadas a su alrededor! Creo que su confusión surge debido a la distinción (que es significativa en este contexto) de desaparecer en un punto y desaparecer en un vecindario a su alrededor.
Entiendo lo que dices, no estoy confundido :) Entiendo lo que OP significa localmente plano y la diferencia con lo que dije. Solo digo que, según mi experiencia, lo que los físicos (probablemente los físicos menos matemáticos) tienden a llamar "localmente plano" es algo diferente. Está en todo el libro de Zee, por ejemplo.
¡DE ACUERDO! Todo despejado, solo quería asegurarme.

Ver mapeo exponencial que mapea de manera única T ( METRO ) pag a un vecindario a lo largo de una geodésica, también conocidas como coordenadas normales.

El valor del campo vectorial en la vecindad depende de la curva geodésica, asumiendo una conexión simétrica.

Y sería en el barrio de T ( METRO ) pag - no seria T q ( METRO ) a menos que METRO era plana.

En cierto sentido, puede pensar en ello como una extensión de la base en T ( METRO ) pag Hacia el barrio de primer orden.