Transporte de vectores tangentes al tomar derivadas de mentira

Actualmente estoy trabajando para comprender la geometría diferencial (intrínseca) que sustenta la Relatividad General, y creo que podría beneficiarme de una comprensión más intuitiva del proceso de tomar la derivada de Lie de un campo vectorial con respecto a otro campo vectorial.

Hago esta pregunta por este motivo. Pictóricamente, entiendo lo que sucede con los vectores tangentes cuando los transportamos en paralelo a lo largo de las curvas al tomar derivadas covariantes. Por lo tanto, busco entender qué sucede con los vectores tangentes cuando los "transportamos con mentiras" a lo largo de curvas integrales de campos vectoriales cuando tomamos derivadas de campos vectoriales con mentiras.

Para ilustrar mi punto aún más, considere el siguiente ejemplo.

Dejar V y W ser campos vectoriales suaves en una variedad (digamos suave) METRO . Dejar γ w denote una curva integral de W y deja q = γ w ( s ) ser un punto arbitrario en la imagen de γ w .

Dejar ϕ X ser un elemento del grupo local de un parámetro de W , eso es, ϕ X es el flujo del campo vectorial W por parámetro X a lo largo de γ w .

Luego calculamos la derivada de Lie de V con respecto a W en q , L W V ( q ) (entonces L W V es un campo vectorial en METRO ), como sigue.

Primero dejamos el vector tangente V ( γ w ( s + ϵ ) ) "flujo" de vuelta desde γ w ( s + ϵ ) a q . El vector tangente resultante en q es dado por d ϕ ϵ ( V ( γ w ( s + ϵ ) ) (aquí d ϕ ϵ es el diferencial de ϕ ϵ ). Luego restamos V ( q ) de este vector tangente (esta operación de resta ahora está bien definida), y divida el resultado por ϵ . Entonces tomamos el límite como ϵ 0 para obtener una derivada genuina del campo vectorial V a lo largo de una curva integral de W .

Eso es,

L W V ( q ) = límite ϵ 0 d ϕ ϵ ( V ( γ w ( s + ϵ ) ) V ( q ) ϵ = d d t ( ( d ϕ t V ϕ t ) ( q ) ) | t = 0

Ahora bien, mi pregunta es la siguiente. Geométricamente/pictóricamente, ¿qué le sucede a V ( γ w ( s + ϵ ) ) cuando "fluye" de γ w ( s + ϵ ) a q , y por qué el diferencial d ϕ ϵ salida este vector tangente transportado Lie?

Gracias de antemano.

notas

Esta es una versión modificada de un par de preguntas (ahora eliminadas) que publiqué en este sitio y Math StackExchange. Además, como se indicó anteriormente, estoy buscando una respuesta intuitiva, no algebraica o computacional. Como tal, estoy totalmente de acuerdo con una respuesta que trata estos campos vectoriales como pequeñas flechas dispersas por la variedad.

También debo decir que he analizado muchas preguntas sobre la intuición detrás de la derivada de Lie, específicamente en qué se diferencia de la derivada covariante. Sin embargo, no pude encontrar una respuesta satisfactoria que responda a la pregunta anterior desde un punto de vista geométrico/intuitivo. Supongo que estoy buscando la perspectiva de un físico aquí.

Puede verificar esta respuesta en mathSE para una comprensión intuitiva: math.stackexchange.com/questions/2145617/…
Ha realizado muchas modificaciones triviales a esta pregunta, como reemplazar "un segundo" con "otro". Por favor, no haga eso: cada edición coloca la pregunta en la cola "activa", y esto solo debe hacerse cuando algo realmente cambió . Las ediciones que corrigen errores están bien, incluso cuando son menores, pero ajustar constantemente las formulaciones a algo equivalente no lo está.

Respuestas (1)

Encuentro que usando la notación d ϕ ϵ y así sucesivamente bastante inútil. En cambio, dados campos vectoriales X y Y me imagino el vector Y en X como una pequeña flecha pintada en un fluido cuyo campo de velocidad es X . La cola de la flecha está en X y su cabeza en X + η Y , dónde η es un número pequeño. Después del corto tiempo ϵ la cola de la Y la flecha ha sido arrastrada por el fluido hasta X + ϵ X y su cabeza está dondequiera que haya sido llevada. Se resta el flujo transportado Y -flecha desde el valor del campo vectorial Y ( X + ϵ X ) . Este último está representado por la pequeña flecha cuya cola está en X + ϵ X y cuya cabeza está en ( X + ϵ X ) + η Y ( X + ϵ X ) . Luego divides por ϵ y por η . El resultado es L X Y .

Gracias por tu respuesta @mike stone y me disculpo por mi respuesta tardía. Supongo que el quid de mi problema es lo que le sucede a la "cabeza" del Y flecha. Estoy luchando por visualizar dónde termina aterrizando cuando el Y la flecha es transportada por el fluido (cuyo campo de velocidad es X ) a X + ϵ X .
supongo que es en X m + ϵ X m + η ϵ Y v v X m porque ( L X Y ) m = X v v Y m Y v v X m .
¿Hay alguna forma de entender pictóricamente esa expresión?
Sí. El X el flujo en en X + η Y es X ( X ) + η Y X , por lo que cada término en X v v Y m Y v v X m Tiene una interpretación pictórica.
Perdóneme por preguntar, pero ¿qué es precisamente esta "interpretación pictórica"? ¿O sería más gratificante hacer los cálculos yo mismo y ver qué puedo ganar con eso?
¡Solo haz dibujos de las cabezas y las colas de los vectores!
@ChiralAnomaly Echaré un vistazo.