Ecuación geodésica de la integral de tiempo adecuada

Esto es algo que me ha estado molestando por un tiempo. El procedimiento habitual que he visto es escribir el tiempo adecuado como la integral de línea

τ = γ d τ
a lo largo de alguna curva γ . Esa curva que minimiza esto es una geodésica (asumiendo aquí la conexión Levi-Civita). La definición d τ 2 = gramo m v d X m d X v lleva a
d τ d λ = gramo m v d X m d λ d X m d λ .
Entonces, usando la regla estándar para hacer integrales de línea , tenemos
γ d τ = λ i λ F gramo m v d X m d λ d X m d λ d λ ,
dónde γ ( λ i ) , γ ( λ F ) son los puntos inicial y final de la curva. Se puede verificar fácilmente que esto es invariante de parametrización. Es estándar para normalizar. γ
gramo m v d X m d τ d X v d τ = 1.
Así parecería que
γ d τ = λ i λ F gramo m v d X m d λ d X m d λ d λ = τ i τ F d τ = τ F τ i .
De este modo γ ni siquiera juega un papel que parece. Así, cuando introducimos una familia de un parámetro { γ ε } y tomamos la derivada variacional, obtenemos 0 arbitrariamente. ¿Lo que da? ¿Cómo podemos variar esta integral sin cambiar los límites?

Respuestas (1)

Comentarios a la pregunta (v1):

  1. Tenga en cuenta en primer lugar que no existe una prescripción canónica/única para asignar valores a τ i y τ F para un camino dado γ .

  2. En particular, no se supone que τ i y τ F se mantienen fijos durante la variación.

  3. Por el contrario, los puntos finales de los parámetros λ i y λ F , y los puntos finales de la ruta γ i y γ F , se mantienen fijos durante la variación.

  4. solo la diferencia Δ τ = τ F τ i es importante. De hecho

    (1) Δ τ   =   λ i λ F d λ   gramo m v ( γ ( λ ) )   γ ˙ m ( λ )   γ ˙ v ( λ )
    es el tiempo propio del recorrido y precisamente el funcional que queremos variar.

  5. Este funcional (1) depende del camino γ .

Había sospechado 1. y 2. Pero esto plantea otra pregunta. ¿Podemos aplicar los métodos estándar de Euler-Lagrange a una integral donde los límites cambian? Si no es así, ¿no es falsa la derivación de Carroll ( Spacetime and Geometry, p. 107.) de la ecuación geodésica?
@ 0celo7: la derivación de Carroll está bien en principio. Aunque: 1. Parece olvidar mencionar que los puntos finales del parámetro λ i y λ F se mantienen fijos 2. Confusamente llama al parámetro λ para τ . El parámetro λ solo tiene una interpretación como tiempo propio para el camino estacionario en el caso masivo, no para caminos arbitrarios.
ecuación 3.48 es d τ = 1 2 d F d τ . ¿Cuáles son los límites de esa integral? Presumiblemente, en la Ec. 3.45, los límites en el λ integrales son algo así como λ 0 y λ 1 . Además, nunca he entendido del todo cómo podemos variar F cuando es constante.
1. Sí. 2. F depende del camino. Además, F no es constante en función de λ para caminos arbitrarios en general. (Por cierto, tenga en cuenta que Carroll [desde la ecuación (3.49) en adelante] reemplaza el integrando F con el cuadrado. El truco del cuadrado se analiza, por ejemplo, en esta publicación de Phys.SE).
Si λ es afín, entonces no lo es F constante en general? ¿Cómo funciona la Ec. 3.49 trabajo? El integrando es solo -1/2. Siempre he visto el funcional de energía utilizado con una parametrización arbitraria y luego he probado que la parametrización debe ser necesariamente afín (es decir, probar X ˙ 2 = constante). Usar el tiempo adecuado desde el principio no parece tener ningún sentido.
Esto se discute, por ejemplo, en mi respuesta Phys.SE aquí .