Ковариантная форма уравнений Максвелла в искривленном пространстве-времени

Реальный мир не заботится о нашем выборе координат для описания природы. Уравнения Максвелла в векторной форме записываются относительно инерциальной системы отсчета как:

Е "=" 4 π р × Б "=" 4 π с Дж + 1 с Е т × Е "=" 1 с Б т Б "=" 0

И потенциалы:

Е "=" 1 с А т ф Б "=" × А

Эти уравнения справедливы в любой инерциальной системе координат. Как насчет неинерционной рамы? Чтобы ответить на этот вопрос и применить уравнения Максвелла к ЛЮБОЙ системе отсчета, я думаю, полезно использовать тензорное исчисление. Так:

В специальной теории относительности мы пишем:

(1) мю Ф мю ν "=" 4 π с Дж ν (2) [ мю Ф α β ] "=" 0 .

Но вот мои вопросы:

  1. Эти уравнения написаны относительно метрики Минковского, то есть с декартовыми координатами для пространственных координат. Они ковариантны по отношению к преобразованиям Лоренца, но они недействительны в ЛЮБОЙ инерциальной системе координат. Если я выбираю цилиндрические или сферические координаты, я не могу их использовать. Как эти уравнения преобразуются в любой другой системе координат (инерциальной или нет)?

  2. До ОТО, то есть в плоском пространстве-времени, почему бы нам не записать уравнения Максвелла в бескоординатной записи? Например, почему бы нам не использовать ковариантную производную и общую метрику для приведения уравнений в их наиболее общий вид, как мы это делаем в общей теории относительности?

Потому что в ОТО нам нужна их общая форма для учета кривизны пространства-времени, а здесь она также понадобится для учета любой инерциальной или неинерциальной системы координат в плоском пространстве-времени, а не только в декартовых координатах.

Вы проверяли Википедию ? Связано: physics.stackexchange.com/q/346253/2451 , physics.stackexchange.com/q/70739/2451 и ссылки в них.

Ответы (1)

Кажется, вы уже знаете ответ на свой первый вопрос: чтобы использовать уравнения в общей системе координат, вы должны заменить производные ковариантными производными, получив

мю Ф мю ν "=" 4 π с Дж ν .

(Другое уравнение на самом деле одинаково, независимо от того, используете ли вы ковариантные или обычные производные.) Как я уже говорил ранее , все известные вам формулы для градиента, дивергенции и всего такого в полярных координатах — это просто ковариантная производная.

Что касается второго вопроса, в плоском пространстве-времени мы можем использовать координаты, в которых символы Кристоффеля равны нулю, поэтому мы обычно делаем это и игнорируем ковариантную производную, чтобы упростить жизнь. Но в искривленном пространстве-времени вы не можете этого сделать, поэтому ковариантная производная становится необходимостью.