Vectores asesinos y cantidades conservadas en relatividad general

Sé que esta pregunta ya se ha hecho y respondido (ver por ejemplo aquí y aquí ) y aunque la segunda respuesta se acerca bastante a cuál es mi problema (incluso al tocar mi pregunta uno, simplemente lo ignora con un "por definición "), todavía no veo dónde falla exactamente mi razonamiento.


Configuración

Dejar γ : I METRO , para I R , sea una curva suave, entonces γ ˙ ( λ ) es un elemento del espacio tangente en γ ( λ ) , que denotaremos por T γ ( λ ) METRO . Ahora podemos elegir un gráfico local X en algún subconjunto abierto tu de METRO , tal que podemos expresar γ ˙ ( λ ) como γ ˙ ( λ ) X ˙ m ( λ ) m .

Si es la conexión de Riemann en METRO , entonces hemos definido una geodésica como una curva en METRO que satisface γ ˙ γ ˙ = 0 .

Dejar k ser un campo de vector Killing. Entonces aparentemente lo siguiente es cierto:

d d λ ( k m X ˙ m ) = 0.

Si se trató de calcular esto directamente:

d d λ ( k m X ˙ m ) γ ˙ ( k m X ˙ m ) = X ˙ v v ( k m X ˙ m ) = X ˙ v ( k m v X ˙ m + k m , v X ˙ m ) = ( v X ˙ m ) X ˙ v k m + 1 2 ( k m , v + k v , m ) X ˙ m X ˙ v = ( ) ( v X ˙ m ) X ˙ v k m + 1 2 ( k m ; v + k v ; m = 0 ) X ˙ m X ˙ v + Γ m v λ k λ X ˙ m X ˙ v = ( v X ˙ m ) X ˙ v k m + Γ m v λ k λ X ˙ m X ˙ v .

Pregunta

  1. en la expresión ( v X ˙ m ) X ˙ v k m la única parte que puede ser cero para cada λ es v X ˙ m . No veo por qué. Se supone que esto tiene algo que ver con el hecho de que aquí estamos hablando de geodésicas, pero no veo cómo la condición γ ˙ γ ˙ = 0 lleva a esto.
  2. en el paso ( ) Cambié las derivadas parciales a derivadas covariantes , ; para hacer uso de la ecuación de Killing. Esto creó el término proporcional a Γ m v λ k λ . ¿Alguien puede explicar por qué se supone que este término es cero?
Desde d d λ = X ˙ m m es el vector tangente, entonces X ˙ m m ( k v X ˙ v ) = X ˙ m ( m k v ) X ˙ v + X ˙ m k m m X ˙ v ) donde el último término a la derecha k m m X ˙ v = 0 ya que la curva afín está a lo largo X ˙ m . Usando X ˙ m m ( k v X ˙ v ) = X ˙ m ( m k v ) X ˙ v deberías poder usar la condición Killing y jugar con los índices para mostrar el resultado. Puede que no sea trivial.
Y. por cierto, desde k , γ ˙ = ( k v X ˙ v ) es un escalar, entonces Γ m v λ = 0 .
@CinaedSimson ¿Podría explicar con un poco más de detalle por qué exactamente el Γ λ v m = 0 ?
No hay vectores base. ( k v X ˙ v ) es una contracción - es una función escalar. Por lo tanto, la derivada covariante se reduce a una derivada parcial. Dado que los símbolos de Christoffel se definen como i ( j ) = Γ i j k k , esto implica Γ i j k = 0.

Respuestas (1)

Su término de Christoffel está equivocado por un factor de 2 y faltan algunos puntos x. Si lo arregla, la última línea será la derivada covariante en la línea mundial:

X ˙ v v X ˙ m = X ˙ v v X ˙ m + Γ α β m X ˙ α X ˙ β
.

Sin embargo, no hay razón para usar derivados de coordenadas:

d d λ ( k m X ˙ m ) = X ˙ v v ( k m X ˙ m ) = ( X ˙ v v k m ) X ˙ m + k m ( X ˙ v v X ˙ m ) = 0

El primer término desaparece por la ecuación de Killing y el segundo por la ecuación geodésica afínmente parametrizada.

Gracias por señalar la falta X (Creo que lo corregí correctamente ahora). ¿Podría dar más detalles sobre "la última línea será la derivada covariante en la línea del mundo"? No estoy muy seguro de lo que quiere decir exactamente aquí o por qué el resultado sería cero. También gracias por señalar la forma alternativa de calcular el resultado. Aunque realmente no necesito usar derivados de coordenadas, todavía me gustaría saber cómo se podría hacer usándolos.
Todavía tienes un factor adicional de 2 frente a los términos Gamma. ¿Te olvidaste del 1/2 de la simetría? Editaré la publicación para mostrar lo que quiero decir con derivadas covariantes en la línea temporal