Notación de índice de tétrada correcta

Parece haber algunas convenciones diferentes en los índices de la tétrada. Me pregunto cuál es el estándar, cuál es correcto y cuál es un abuso de notación.

En las notas de Sean Carroll y en Wikipedia veo la tétrada representada como mi m I . Esta notación es segura para transmitir intenciones de uso para convertir índices del griego al latín y viceversa, pero tan pronto como comience a subir y bajar los propios índices de la tétrada (como lo hace Wikipedia), la representación se vuelve ambigua. mi m I podría representar cualquiera mi m I o podría representar mi I m , y estos dos valores no son iguales.

Otras fuentes como la teoría del campo de vierbein del espacio curvo de Einstein (Yepez 2008) hacen la distinción de escribir mi m I como la transformación de η I j a gramo m v y mi m I como el inverso. Otras fuentes invierten los índices griego y latino y usan mi I m como la transformación de η I j a gramo m v .

Voy a usar algunas matemáticas matriciales para hacer mi punto. Dejar GRAMO = | | gramo m v | | Sea la matriz que representa el tensor métrico covariante, H = η I j sea ​​la matriz del tensor lorentziano, mi = | | mi m I | | Sea la transformación de tétrada de H a GRAMO , y ( mi T ) 1 = | | mi m I | | ser la transformación de GRAMO a H (Transpuesto por consistencia en el orden de los índices). Las reglas de transformación de tétrada y sus matrices equivalentes son las siguientes:

gramo m v = mi m I η I j mi v j GRAMO = mi H mi T gramo m v = mi m I η I j mi v j GRAMO 1 = ( mi T ) 1 H 1 mi 1 η I j = mi m I gramo m v mi v j H = mi 1 GRAMO ( mi T ) 1 η I j = mi m I gramo m v mi v j H 1 = mi T GRAMO 1 mi

Estas reglas se pueden usar para mostrar que subir y bajar la tétrada de transformación hacia adelante puede producir la tétrada de transformación inversa, por lo que la gimnasia indexada funciona correctamente en mi m I y mi m I :

mi m I = gramo m v mi v j η I j ( mi T ) 1 = GRAMO 1 mi H

La ambigüedad surge cuando comenzamos con mi m I y usa la gimnasia indexada para llegar a mi I m :

mi σ I gramo σ v mi v j η j k mi m k = mi I m
La matriz equivalente dice:
mi T GRAMO 1 mi H mi T = mi
Esto se puede reorganizar para mostrar
GRAMO 1 mi H = ( mi T ) 1 mi ( mi T ) 1
combinar esto con la primera de las identidades anteriores da
( mi T ) 1 mi ( mi T ) 1 = ( mi T ) 1
reorganizar:
mi = mi T
solo conseguimos mi = mi en el caso de que mi = mi T , que no es una restricción sobre los valores de mi m I . Por lo tanto en general mi m I mi I m . Por lo tanto, subir o bajar el ambiguo mi m I tensor por el tensor métrico o el tensor lorentziano podría describir uno de dos valores diferentes.

Lo que he recopilado en general de esto es:

  • Usando mi m I es comunicable siempre y cuando nunca intentes simplificar gramo m v mi m I en cualquiera mi v I o mi I v ya que estos valores son diferentes. Del mismo modo para mi m I η I j en cualquiera mi m j o mi j m . La entrada de Wikipedia que cité comete este error.
  • Usando cualquiera mi m I o mi I m como tu tétrada transformándose η I j a gramo m v es más conciso que mi m I , aunque no existe un estándar sobre cuál de estas dos opciones es la correcta.
  • La mayoría de las fuentes mantendrán su griego primero y latín segundo, o viceversa, y nunca realizarán suficientes índices de gimnasia para reorganizar este orden. Esta es una apuesta segura para no encontrarse con la situación que describo anteriormente.

Bien, dejando de lado todo mi trabajo, ¿cuál es la forma correcta de hacer referencia a la tétrada?

Para aquellos que quieran ver el tratamiento de Carroll, está en la p. 95 del pdf en arxiv.org/abs/gr-qc/9712019 (p. 88 según la numeración de páginas del pdf). En lugar del enlace de WP proporcionado en la pregunta, un artículo más directamente relevante sería este: en.wikipedia.org/wiki/Frame_fields_in_general_relativity
Ese artículo de Wikipedia es un mejor ejemplo de mi punto. Va y viene entre los métodos de representación de la tétrada, en lugar de ceñirse a una sola convención.
Mi impresión inicial es que uno simplemente no tiene derecho a esperar un índice como I comportarse como un índice tensorial, ni hay ninguna razón para esperar que mover dicho índice tenga un significado físico bien definido. En este contexto, I es simplemente un número entero que etiqueta los cuatro vectores base. Incluso si estuviera utilizando una notación completamente libre de coordenadas ("notación matemática" para geometría diferencial), aún podría tener estos I índices dando vueltas. Si alguna de las cosas habituales de la gimnasia indexada se puede hacer funcionar y tiene un significado físico, eso es salsa.
Comentario a la pregunta (v4): Verifique las fórmulas dos veces. Por ejemplo, quinta ecuación. tiene índices I j en posición incorrecta.
Hago esto bajo la suposición de que los coeficientes del tensor métrico son simétricos:
gramo m v = gramo v m GRAMO = GRAMO T gramo m v = gramo v m GRAMO 1 = ( GRAMO 1 ) T η I j = η j I H = H T η I j = η j I H 1 = ( H 1 ) T η I j = η I j H = H 1
Esta última regla proviene del hecho de que η I j = ± d I j No dije esto arriba. ¿Alguna suposición falsa aquí?
Ajá, lo arreglé, muchas gracias. Ahora el η I j = η I j alias H = H 1 la restricción se relaja. Pensé que parecía extraño. Así que ahora todas las matemáticas funcionan para cualquier simétrico η I j en lugar de sólo para los de η I j = ± d I j .
Voy a argumentar que mi última edición que se modificó fue correcta. Si considera reescribir esa suma explícita de índice como multiplicación de matrices, verá que C i k = a i j b j k partidos C = A B y C i k = a i j b k j partidos C = A B T . En este caso el η I j El primer índice coincide con el segundo del otro lado de la ecuación. mi m I , y por lo tanto se debe transponer una matriz equivalente para que coincidan ambos índices 2nd. Absolutamente quisquilloso, lo sé, (especialmente considerando η I j es simétrica) pero tal es la naturaleza de esta pregunta.

Respuestas (1)

Comentarios a la pregunta (v1):

  • Como de costumbre, esté preparado para que diferentes autores usen diferentes convenciones y notaciones. Por ejemplo, lo que algunos autores llaman vielbein podría ser lo que otros autores llaman vielbein transpuesto.

  • Un índice curvo (también conocido como índice de coordenadas ) sube y baja verticalmente con el tensor métrico curvo, mientras que un índice plano (también conocido como índice de vielbein ) sube y baja verticalmente con el tensor métrico plano. 1

  • Por un lado, los índices curvos m , v , λ , , reflejar la covarianza mi I v = mi I m X v X m bajo cambio de coordenadas locales X m X v = F v ( X ) en el espacio-tiempo curvo. Por otro lado, los índices planos I , j , k , , reflejar la covarianza bajo las transformaciones locales de Lorentz Λ I j ( X ) . En detalle, una transformación de Lorentz actúa sobre un vielbein mi I := mi I m X m como ( Λ . mi ) I := Λ I j   mi j .

  • Si se sabe qué índice es el índice curvo y cuál es el índice plano en un vielbein /vielbein inverso, entonces la posición horizontal de los índices no es importante.

  • En particular, la identidad mi I m = mi m I no debe interpretarse como una condición para una matriz simétrica, sino que es simplemente la definición del tensor transpuesto (que recibe el mismo nombre mi ).

  • Como OP ya sabe, al transcribir multiplicaciones o tensores de rango 2 en una multiplicación de matrices, los índices repetidos deben ordenarse horizontalmente uno al lado del otro. Esto a menudo significa que uno podría tener que pasar a un tensor transpuesto.

  • Si la variedad de espacio-tiempo subyacente es una supervariedad , entonces se debe tener cuidado de implementar los factores de signo de Grassmann de manera consistente. Por ejemplo, las matrices se reemplazan con supermatrices y la transposición se reemplaza con supertransposición, etc.

--

1 Cabe destacar que el índice curvo es un nombre semántico, que se relaciona con una elección de coordenadas locales sobre una variedad espaciotemporal, que genéricamente es curva. Además, el índice plano y la métrica plana también son nombres semánticos. No se refieren a la variedad de espacio-tiempo real en el formalismo de vielbein.

Acerca del punto 4: mi pregunta está estrechamente relacionada con preguntar qué tan importante es la posición horizontal de la tétrada. Estoy de acuerdo con usted en que no es importante... siempre y cuando los autores no intenten realizar gimnasia en los índices de la tétrada (mi punto n. ° 1). Mi propia confusión proviene de tratar de aprender de las fuentes de Wikipedia que realizan gimnasia en los índices de la tétrada.
Gracias por la edición. Eliminé mis comentarios quejumbrosos y cambié mi -1 a un +1.