Глупые сомнения в приливных эффектах и ​​уравнениях поля Эйнштейна

Предположим, я даю вам следующий элемент строки:

(1) г с 2 "=" ( 1 + 2 ф ) г т 2 + ( 1 2 ф ) ( г Икс 2 + г у 2 + г г 2 )

Ничего не говоря, вы можете подумать, что это просто еще один линейный элемент, подобный линейному элементу в сферических координатах; Вы можете подумать, что я просто выполняю очередное преобразование координат в системе, наделенной определенной диаграммой в многообразии. ( М , г ) .

Но, если я скажу вам, что ( 1 ) линейный элемент описывает ньютоновскую гравитацию, и, кроме того, символы ф являются именно ньютоновским потенциалом гравитации, то вы можете спросить: "почему?" Я бы дал вам следующее объяснение:

Затем движение свободно падающей частицы в искривленном пространстве-времени определяется следующим вычислением абсолютной или внутренней производной:

п б б п а "=" п б ( б п а + Г с б а п с )
Если вы рассматриваете линейный элемент ( 1 ) и нерелятивистских скоростях, то уравнение движения сводится к (пространственным составляющим):
п б б п а "=" м г г т п я + Г 00 я ( п 0 ) 2
Что после расчетов сводится к:
г п я г т "=" м дельта я Дж Дж ф "=" м я ф
Теперь, учитывая, что мы находимся в режиме низких скоростей, справедливо уравнение Ньютона:
Ф я "=" м ( ф г ) я
Тогда, поскольку согласно специальной теории относительности также верно, что:
Ф я "=" г п я г т
Затем,
м ( ф г ) я "=" г п я г т "=" м я ф
Подразумевает, что
ф "=" ф г
И линейный элемент действительно описывает ньютоновскую гравитацию.

Теперь, при разумном объяснении, что ф "=" ф г , можно было бы также сказать, что по принципу эквивалентности ( 1 ) также описывает в локальной области релятивистскую форму гравитации.

Но вот мое сомнение, я знаю, что геодезическое отклонение дает вам тензор Римана, а для метрики ( 1 ) Вы можете заключить, что общая величина, которая кодирует понятие «гравитация как кривизна», очень хорошо подходит для тензора Риччи, потому что следующее выражение дает вам возможность говорить о приливных эффектах:

а мю "=" Д 2 дельта Икс мю Д т 2 "=" р ν γ β мю ты ν ты γ дельта Икс β а я "=" с 2 р 0 Дж 0 я дельта Икс Дж

Где а мю "=" Д 2 дельта Икс мю Д т 2 называется ускорением между геодезическими, заданным геодезическим отклонением .

А теперь сомнения: почему приливные эффекты нелокальны? Поскольку мы можем описать приливные эффекты линейным элементом ( 1 ) к

а я "=" с 2 р 0 Дж 0 я дельта Икс Дж "=" 1 с 2 к к ф г

Ответы (2)

Общий вопрос, по-видимому, заключается в том, почему гравитационные приливные эффекты часто описываются как «нелокальные», хотя предполагается, что они описываются тензором кривизны, который зависит только от локальной информации.

Дело в том, что приливные эффекты труднее измерить, чем статическое гравитационное поле, если вы проводите эксперименты в небольшой области, потому что приливные эффекты соответствуют различиям в гравитационном поле. Другими словами, приливные эффекты зависят от второй производной ф (как и тензор кривизны), а статические поля зависят только от первой производной. Члены с более высокими производными всегда «нелокальны» в том смысле, что их труднее измерить небольшим аппаратом, но всегда локальны в том смысле, что производные определяются в точках. Между этими утверждениями нет противоречия.

«сложнее измерить приливно-отливный эффект», но как насчет морских приливов? Я имею в виду, вы можете видеть, что происходит гравитационное воздействие.
@MNRaia Труднее измерить приливной эффект, когда вы запечатаны в крошечной коробке. Конечно, если у вас есть аппарат размером с Землю...
Итак, вы говорите, что Земля — это «большой лифт Эйнштейна, как можно почувствовать приливные эффекты»?
@MNRaia Да.

Чтобы немного расширить ответ knzhou. Под «нелокальным» (или, наоборот, под «локальным») подразумевают то, что, как бы точно вы ни измеряли кривизну, существует некоторая шкала, на которой пространство-время является плоским, и вы также можете измерить его. Эта шкала является «местной», и в ней вы не наблюдаете приливных эффектов. Критически эта шкала конечна: это не просто точка.

Это на самом деле не зависит от ОТО: любой С метрическое поле г на коллекторе М локально плоская , а значит, для любой точки п е М можно выбрать систему координат, на основе которой метрические компоненты г я Дж удовлетворить:

  • г я Дж "=" ± дельта я Дж (метрика ортонормирована в п );
  • г я Дж Икс к | п "=" 0 (ортонормированная форма метрики является достойным приближением при п );
  • Не все 2 г я Дж Икс к Икс л | п "=" 0 вообще (координаты перестают быть ортонормальными по мере удаления от п ).