Могу ли я использовать тензорное поле более высокого ранга в качестве метрического поля?

Что обязательно должна делать метрика, так это то, что она должна давать мне способ связать инвариантный номер кадра с заданной парой пространственно-временных событий. Теперь, если я использую тензорное поле более высокого ранга (скажем, например, тензорное поле ранга 3: г мю ν р ), то также я могу, конечно, создать скаляр, инвариантный к кадру, из заданного смещения А таким тривиальным способом: я "=" г мю ν р А мю А ν А р . Поскольку компоненты тензора более высокого ранга и компоненты вектора смещения будут преобразовываться ковариантным и контравариантным образом соответственно, приготовленная величина, безусловно, является скаляром.

Еще одно важное свойство, которое, как мне кажется, имеет более прямое физическое содержание, чем предыдущее, состоит в том, что между двумя инерциальными системами отсчета должно существовать по крайней мере одно такое преобразование, оставляющее по крайней мере одну метрику неизменной. т. е. должна существовать по крайней мере одна комбинация матрицы преобразования Икс α Икс мю и метрика г α β γ который удовлетворяет следующему уравнению:

Икс α Икс мю Икс β Икс ν Икс γ Икс р г α β γ дельта мю α дельта ν β дельта р γ г α β γ "=" 0

Последнее, что я могу придумать, что может наложить ограничение на выбор тензора в качестве метрики, — это существование возможности найти метрически совместимое симметричное поле связности. Следуя обычной процедуре нахождения выражения для метрически совместимого симметричного поля связи, я пришел к следующему условию (в отличие от случая обычной двухранговой метрики, где мы получаем полноценное выражение) для связи в терминах метрики:

г ν р к 1 Г мю λ к 1 г λ мю к 2 Г р ν к 2 "=" 1 2 ( ν г р λ мю + р г λ мю ν λ г мю ν р мю г ν р λ )

Мой вопрос заключается в том, что если возможно удовлетворить два выделенных условия, то можем ли мы использовать такие тензорные поля 3 ранга (или тензоры даже более высокого ранга с аналогичными условиями) в качестве метрических полей?

PS: Это НЕ предложение для новой теории гравитации домашнего производства (или что-либо в этом отношении), а скорее просто я пытаюсь понять, почему двухранговый тензор используется в общей теории относительности в качестве метрики. Спасибо.

вы, конечно, можете рассматривать тензоры более высокого ранга, но почему вы хотите называть их метрическими ? метрика, по определению, , , т. е. это внутренний продукт. Вы можете определить такие объекты, как , , , но они не имеют ничего общего со стандартным определением метрики...
Метрика не является (по своему определению) тем, что определяет внутренний продукт. Метрика – это (по определению) то, что измеряет. Дело в том, должен ли я всегда представлять свою меру как внутренний продукт смещения с самим собой, или я могу сделать тройной внутренний продукт смещения с самим собой, чтобы представить меру и сформулировать теорию в этих терминах? Что-то не так с физикой в ​​этом или нет? Я имею в виду, что могу выйти на природу и определить, какова моя метрика. Теперь, безусловно, имеет значение, содержит ли он 10 независимых битов информации или больше.
Мне кажется, что это больше вопрос по математике, чем по физике.
Поможет ли это, если я скажу, что пытаюсь понять методом противоречия? т. е. доказать, что другие тензоры не могут служить, и, таким образом, двухранговый тензор должен быть единственным вариантом.
ОП, метрика - это просто способ определения длины вектора. г ( Икс , Икс ) и угол между двумя векторами г ( Икс , у ) "=" потому что θ г ( Икс , Икс ) г ( у , у ) на коллекторе. Он имеет два аргумента, следовательно, является 2-тензором, и обычные правила скалярных произведений придают ему симметрию. Непонятно, что математически даст вам симметричное трилинейное произведение. Полезно ли это физически — другой вопрос. Но это точно не будет "метрика".

Ответы (3)

I) ОП интересует полностью симметричный ковариант ( 0 , р ) тензорные поля

(А) г е Г ( С у м р ( Т * М ) )
на н -мерное многообразие М . Количество полностью симметричных компонент тензора равно
(Б) ( н + р 1 р ) .

II) Если коллектор М паракомпактно , мы можем использовать разбиение единицы , чтобы доказать

  1. что существуют глобально определенные положительно определенные тензорные поля (А).

  2. что существуют глобально определенные соединения касательных расслоений без кручения .

(Чтобы увидеть пункт 2, используйте пункт 1 для случая р "=" 2 чтобы вывести существование глобально определенного положительно определенного метрического тензорного поля и, следовательно, глобально определенной связности Леви-Чивиты .)

III) Затем мы извлекаем интересную часть вопроса ОП следующим образом:

Можем ли мы выбрать касательное пучковое соединение без кручения это совместимо

(С) г   "="   0
с заданным тензорным полем (A)?

Как правило, ответ — нет, даже локально, если ранг р 3 . Это потому, что число

(Д) н ( н + р 1 р )
условий совместимости (C) больше числа
(Э) н ( н + 1 2 )
символов Кристоффеля, если р 3 . Таким образом, уравнения чрезмерно ограничены.

IV) Мы предоставляем читателю возможность обобщить вышеизложенное на (не обязательно полностью симметричные) высокоранговые ( с , р ) тензорные поля. Тензорные поля более высокого ранга появляются, например, в теории струн , сигма-моделях AKSZ и теориях высших спинов . Обобщения римановой геометрии см. также в финслеровой геометрии .

--

Определим, что тензорное поле г положительно определен , если

(Ф) п е М   Икс п е Т п М { 0 } : г п ( Икс п , , Икс п р  записи )   >   0.

Спасибо за разрешение моих сомнений! Я нашел эту статью на arXiv (которая также имеет некоторое сходство с вашим ответом в своих аргументах, касающихся связи), в которой обсуждается введение симметричных тензоров более высокого ранга вместе с метрическим полем и полем связи без кручения в построении модифицированного действия Эйнштейна-Гильберта . Не могли бы вы прокомментировать актуальность таких предложений для основной теоретической физики? arxiv.org/abs/1409.6757
Я обновил ответ.
@Qmechanic, вау, этот ответ очень насыщен знаниями. Вы случайно не знаете книгу, где я мог бы прочитать на эту тему и понять ваш ответ? Для справки: сейчас я читаю главу 2 « Дифференциальной геометрии и групп Ли для физиков» Феко .
Спасибо за ответ. Я сейчас не припоминаю никаких релевантных ссылок.

Учитывая векторное пространство В , метрика определяется как карта, которая для любых двух элементов в , ты е В , связывает действительное положительное число г ( в , ты ) 0 , а именно расстояние между ними. Поскольку расстояние может быть получено из скалярного произведения о посредством г ( в , ты ) "=" о ( в ты , в ты ) назначение метрики эквивалентно присвоению скалярного произведения.

Тензор 2-го ранга по определению является полилинейным отображением. т : В × В С и, следовательно, точно скалярное произведение. Данный М как пространственно-временное многообразие с диаграммами U я и касательные пространства Т м М в каждой точке м е М , естественно определить скалярные произведения в каждой точке как действие ( 2 , 0 ) -тензор на векторы, оцениваемые в каждой точке: а именно

о ( Икс м , Д м ) "=" г ( м ) ( Икс м , Д м )
индуцирует положительно определенное расстояние в каждом Т м М предоставил г быть положительно определенным.

Это кажется наиболее естественным выбором, и хотя можно было бы использовать тензор более высокого ранга, необходимо было бы оценивать оставшиеся компоненты на фиксированных основаниях в каждом случае. Т м М (чтобы исчерпать оставшиеся записи), что снова сводит действие точно к тензору 2-го ранга.

Вы определенно можете использовать метрики более высокого порядка, чтобы элемент длины был ( г с 2 ) н , но это была бы нериманова геометрия, т. е. не ОТО, к тому же вам придется столкнуться с возможностью с н светоподобные характеристики, нарушение общей лоренц-инвариантности и т. д.

Метрика не является 2-формой, это симметричный тензор.
@Slereah Спасибо, что указали на исправление. В чем причина использования 2-рангового симметричного ковариантного тензора в качестве метрики в ОТО, если я также могу получить «совместимую с метрикой симметричную связь, а также преобразование, которое в плоском пространстве оставляет мои метрические компоненты инвариантными» с помощью общий n-ранговый симметричный ковариантный тензор в качестве метрики?
@Slereah да, вы правы, но в рамках векторных пространств и отображений я думаю, что 2-формы и билинейные формы (метрические) рассматриваются как одно и то же, за исключением того факта, что метрический тензор по определению должен быть симметричным и положительно определенным , когда в римановой геометрии. Разве это не так?
Нет, они не воспринимаются как одно и то же. А к -форма на векторном пространстве является вполне антисимметричной к -тензор, это стандартная терминология.
@0celo7, ты абсолютно прав. Тут немного запутался. Спасибо!