Desviación geodésica entre partículas de prueba de onda gravitacional

Tengo problemas para entender cómo Carroll ( Spacetime and Geometry, p.296) explica el efecto de una onda gravitacional que pasa sobre las partículas de prueba.

Si tenemos dos geodésicas con tangentes tu , tu que comienzan paralelas y próximas entre sí, y S es un vector que conecta una geodésica con otra con valores de parámetros afines iguales, entonces la ecuación de la desviación geodésica es:

(7.103) D 2 d τ 2 S m = R     v ρ σ m tu v tu ρ S σ .
Trabajamos en el límite de campo débil y el calibre transversal sin rastro. Si asumimos que nuestras partículas en las geodésicas se mueven lentamente, entonces
(7.104) tu ( 1 , 0 , 0 , 0 ) ,
entonces:
(*) D 2 d τ 2 S m = R     00 σ m S σ .
Ahora, lo que no entiendo es cómo Carroll puede convertir la derivada covariante doble de la izquierda en una derivada doble simple con respecto a t :
(**) 2 t 2 S m = R     00 σ m S σ .
El razonamiento de Carroll es que "para nuestras partículas que se mueven lentamente tenemos τ = X 0 = t al orden más bajo" , pero no sé lo que quiere decir. Simplemente no entiendo por qué los símbolos de Christoffel desaparecen en las derivadas covariantes. He leído varios libros sobre esto. Algunos dicen que los símbolos de Christoffel desaparecen porque trabajamos en un marco inercial local Pero entonces, ¿por qué el tensor de Riemann en el RHS también desaparece?

¿Intentó calcularlo explícitamente y usar S m = tu m tu m .
Yo diría, que el D 2 d τ 2 = d 2 d t 2 y τ = t es el Γ Γ El término se desprecia, mientras que el tensor de curvatura de Riemann sigue siendo distinto de cero bajo esta aproximación.

Respuestas (1)

Como control de cordura, tenga en cuenta en primer lugar, que el total de dos D -derivados sobre la izda. de la ec. (7.103) en la ref. 1 es lo que está causando la curvatura en el rhs. en primer lugar, ver por ejemplo Ref. 1 pág. 146.

Carroll está a la derecha. ec. (7.107) cambio de notación para los dos totales D -derivadas a dos -derivados, pero siguen siendo derivados totales.

En lenguaje fluidodinámico, se puede decir que Carroll está pasando de una imagen euleriana a una lagrangiana .

Está considerando la gravedad linealizada, por lo que el tensor de curvatura de Riemann es proporcional a ϵ , y podemos (al orden que estamos calculando, es decir, al primer orden en ϵ ) interpretar S σ en el derecho. como siguiendo el flujo.

Referencias:

  1. Sean Carroll, Espacio-tiempo y Geometría: Una Introducción a la Relatividad General , 2003; Capítulo 7.

  2. Sean Carroll, Lecture Notes on General Relativity , Capítulo 6. El archivo pdf está disponible aquí .

  3. R. Wald, GR, 1984; pag. 81, ec. (4.4.40).