Размерная редукция многомерного действия Эйнштейна-Гильберта

Я беру пространство-время формы М д + 1 × С н , с М д + 1 какой-то общий некомпактный ( д + 1 ) -мерное пространство-время и С н ан н -мерная сфера, так что ее метрика имеет следующий вид:

(1) д с 2 "=" г ~ мю ν ( Икс ) д Икс мю д Икс ν + р 2 ( Икс ) д Ом ( н ) 2 г А Б д Икс А д Икс Б .

Где р 2 ( Икс ) зависит только от Икс мю координаты, то есть не зависит от координат сферы. Действие Эйнштейна-Гильберта в д + 1 + н размеры:

(2) С д д + 1 + н Икс г ( р ( г ) 2 Λ ) .

С р ( г ) скалярная кривизна г А Б метрика и Λ космологическая постоянная. Я хочу сейчас уменьшить действие на сфере С н . Я понимаю, как сделать первые шаги, то есть написать, проинтегрировать по координатам сферы, отделив д д + 1 + н Икс "=" д д + 1 Икс д н Ом , а также упростить определитель до г "=" г ~ р н ( Икс ) , так что я получаю:

(3) С Ом ( н ) д д + 1 Икс г ~ р 2 ( Икс ) ( р ( г ) 2 Λ ) .

Но я не вижу, как это еще упростить. В частности, я думаю, что должен быть умный способ уменьшить р ( г ) к р г ~ плюс некоторые члены, пропорциональные ( р ) 2 и р , но я не вижу, как это сделать правильно, и не переделывая с нуля все вычисления для символов Кристоффеля, тензора Римана, тензора Риччи и скалярной кривизны.

Кто-нибудь может мне помочь? Я нашел несколько выводов для одномерной редукции на окружности, но обычно это делается на некотором скалярном поле. ф показать, что возникает какая-то массивная башня состояний, а не о самом действии Эйнштейна-Гильберта - и я почти ничего не нашел для случая сферы.

РЕДАКТИРОВАТЬ: После некоторых дополнительных исследований я нашел более подробную статью и понял, что прочитал раздел о уменьшении размеров Н "=" 4 Лагранжиана супергравитации от D=7 до D=11 (примерно на стр. 59 статьи), что люди всегда выполняли КК-редукции для очень общего анзаца метрик с недиагональными членами, которые порождают калибровочные потенциалы в меньших измерениях. Но в моем случае у меня действительно есть блочно-диагональная метрика, которая должна давать лишь некоторую дилатонность. ф в д + 1 размеры, к которым я отношусь р с помощью р ( Икс ) "=" е ф ( Икс ) . Именно поэтому я решил попытаться выполнить вычисления трудным путем, т.е. путем явного вычисления символов Кристоффеля, компонентов тензора Римана и тензора Риччи, чтобы явно получить р зависимость, а потом все подряд. В этом случае я получаю следующее действие:

(4) С Ом ( н ) д д + 1 Икс г ~ [ р н р ( г ~ ) + н ( н 1 ) р н 2 ( р ) 2 + н ( н 1 ) р н 2 2 р н Λ ]

Где ( р ) 2 г ~ мю ν мю р ν р "=" г М Н М р Б р с р зависит только от координат М д + 1 .

Действие происходит в струнной рамке, поэтому, чтобы вернуться к обычному кадру Эйнштейна, я выполняю масштабирование по Вейлю.

(5) г ~ мю ν г мю ν "=" е 2 ю ( Икс ) г ~ мю ν  с  ю ( Икс ) "=" н д 1 ф ( Икс )

Чтобы наконец получить:

(6) С 2 π н + 1 2 Г ( н + 1 2 ) д д + 1 Икс г [ р ( г ) + ( д н 2 д 1 + н ( н 1 ) ) ( ¯ ф ) 2 + ( н ( н 1 ) е 2 ф 2 Λ ) е 2 н д 1 ф ]

Где я обозначаю через ¯ мю "=" е 2 н д 1 ф мю контравариантный вектор с индексом, поднятым с перемасштабированной метрикой г мю ν . Кажется, это именно то, что мы искали, так как мы получили кинетический член для ф с ( ¯ ф ) 2 и экспоненциальный потенциал В ( ф ) :

(7) В ( ф ) "=" ( н ( н 1 ) е 2 ф 2 Λ ) е 2 н д 1 ф

Я не уверен на 100%, что это действительно правильные коэффициенты, и я предполагаю, что могут быть некоторые тонкости с кинетическим членом, чтобы получить каноническую нормализацию. Кто-то уже сделал этот расчет, или, может быть, теперь, когда проблема определена более четко, кто-нибудь видел какую-нибудь статью, где это вычисление было сделано для двойной проверки? В противном случае, я думаю, я в основном получил свой ответ.

Интересный вопрос. Я также хотел бы увидеть детали расчета. Я ожидаю увидеть какой-то лагранжиан поля Янга-Миллса, который будет отделен от этого р ( г ) . Кроме того, я не думаю, что вы уже могли интегрировать н угловые переменные и извлеките это Ом ( н ) в вашем последнем уравнении. Пожалуйста, добавьте тег к каждому из ваших уравнений, используя команду \tag{#}.
Теоретически я знаю, что должен найти что-то вроде d+1 размерной скалярной кривизны плюс некоторый кинетический и потенциальный член для р , который затем будет играть роль расширения после некоторого масштабирования Вейля - но это всего лишь идея, я не вижу, как это сделать правильно. Что касается угловых координат, то в действии от них ничего не зависит, так что теоретически я мог бы их проинтегрировать. Спасибо за предложение по редактированию, оно исправлено!
Откуда вы знаете, что скаляр р ( г ) не зависит от н угловые координаты? Метрика г зависит от них (несколько грех ϑ ).
Да, я понимаю вашу точку зрения. Я предположил, что вы могли бы сделать некоторую замену переменных, чтобы получить сферу в евклидовых координатах, но это могло бы изменить выражение р ( г ) также, так что, возможно, это не так просто.
разве вы не можете взять общий анзац КК и обнулить векторные поля?

Ответы (1)

Это очень интересный вопрос, и хотя ваш ответ в основном верен, помимо отсутствующего концептуального упрощения есть несколько ошибок. Я заберу из Eqn .   ( 2 ) . Начнем с действия для произведения пространство-время М м "=" М д + 1 × С ~ н где стандарт н -сфера деформируется гладкой функцией р ( Икс ) которая зависит только от некомпактности д + 1 направления. Действие в этом случае

(2) С д д + 1 + н Икс г ( р ( г ) 2 Λ ) .

где я еще не интегрировал угловую зависимость.

Мы можем разложить скалярную кривизну как р ( г ) "=" г М Н р М Н "=" г мю ν р мю ν + г я Дж р я Дж "=" р ( г ~ ) + р ( С ~ н ) в силу того, что метрика блочно-диагональная. Чтобы ответить на вопрос Чама, поскольку группа изометрий метрики содержит подгруппу, инвариантную относительно сферических преобразований, у нас есть убивающие векторы вдоль этих сферических направлений. Другими словами, «внутренняя кривизна вдоль н -сфера везде одинакова», поэтому никакой особой зависимости от угловых переменных быть не может. Теперь, поскольку лагранжиан не зависит от сферических направлений, это оправдывает выражение действия, исправляя опечатку на р , как

(3) С Ом ( н ) д д + 1 Икс г ~ р н ( Икс ) ( р ( г ) 2 Λ ) .

Чтобы проиллюстрировать концептуальное упрощение, давайте посмотрим, что происходит со скалярной кривизной вдоль сферических направлений. Предположим на данный момент, что вы рассматриваете стандарт н -сфера с соответствующим метрическим элементом д с Ом 2 "=" р 2 д Ом ( 2 ) 2 , в этом случае скалярная кривизна точно известна:

р ( С н ) "=" н ( н 1 ) р 2

Для деформированного шара д с Ом 2 "=" р ( Икс ) 2 д Ом ( н ) 2 , концептуальное упрощение состоит в том, что кривизна должна быть одинаковой, поскольку сферические метрики конформно эквивалентны с точностью до члена Лапласа. Я нахожу следующее выражение

(3.1) р ( С ~ н ) "=" н ( н 1 ) р 2 н ( н 1 ) п ( д + 1 ) ( 1 г М [ г г М Н Н ( бревно ( р ) ) ] ) (3.2) "=" н ( н 1 ) р 2 β н М Икс М

где п "=" н + д - общее количество пространственных измерений. Затем действие становится

С Ом ( н ) [ М д + 1 д д + 1 Икс г ~ р н ( р ( г ~ ) + н ( н 1 ) р 2 2 Λ ) β н М д + 1 ( ) ]

В зависимости от поведения падения р (наряду с тем, что интеграл действия учитывает динамику в объеме), часть границы можно вычесть, оставив конечный вклад. После того же масштабирования Вейля,

(3.3) С Ом ( н ) М д + 1 д д + 1 Икс г [ р ( г ) + ( д н 2 д 1 ) ( ¯ ф ) 2 + ( н ( н 1 ) е 2 ф 2 Λ ) е 2 н д 1 ф ]

где д > 1 . Это имеет как кинематику дилатона, так и потенциальный член, как вы отметили ранее.


Дополнительное примечание

Для д "=" 1 , перемасштабирование Вейля не работает, но было бы интересно рассмотреть компактификацию н -сфера к 1 + 1 теория, в которой чистая гравитация уже конформна, и посмотреть, какие геометрии допустимы, когда материя реагирует на фоне. Опять же, отличный вопрос!