Тензор энергии-импульса и тензор электромагнитного поля

Если попытаться получить уравнения Эйнштейна р мю ν 1 2 г мю ν р "=" Т мю ν из вариационного принципа получается, что тогда можно определить ковариантную форму тензора энергии-импульса Т мю ν :

дельта С м "=" 1 2 д 4 Икс г Т мю ν дельта г мю ν .
Я пытался получить выражение для Т мю ν электромагнитного поля. Я начал с инвариантного действия
д 4 Икс г л е м ; л е м "=" 1 16 π Ф мю ν Ф мю ν ,
где Ф мю ν тензор электромагнитного поля:
Ф мю ν "=" А ν Икс мю А мю Икс ν .
Если я выберу Ф мю ν Ф мю ν "=" Ф мю ν г мю о г ν т Ф о т тогда вариация дает:
1 16 π д 4 Икс г { 2 г α β Ф α мю Ф β ν 1 2 г мю ν Ф ϵ ζ Ф ϵ ζ } дельта г мю ν .
Итак, я заключаю
Т мю ν ( е м ) "=" 1 4 π ( г α β Ф α мю Ф β ν 1 4 г мю ν Ф ϵ ζ Ф ϵ ζ ) .
Имеем в виду, что
Т мю ν дельта г мю ν "=" Т мю ν дельта г мю ν .
Теперь главное. Что, если я выберу для Ф мю ν Ф мю ν следующее выражение:
Ф мю ν Ф мю ν "=" Ф мю ν г мю о г ν т Ф о т .
Действуя так же, как выше, мы получаем
1 16 π д 4 Икс г { 2 г α β Ф мю α Ф ν β + 1 2 г мю ν Ф дельта ϵ Ф дельта ϵ } дельта г мю ν ,
что заставляет меня сделать вывод, что
Т мю ν "=" 1 4 π ( г α β Ф мю α Ф ν β + 1 4 г мю ν Ф дельта ϵ Ф дельта ϵ ) .
Но если я уменьшу индексы, я получу
г мю о г ν т Т о т "=" Т ~ мю ν "=" 1 4 π ( г мю о г ν т г α β Ф о α Ф т β + 1 4 г мю ν Ф дельта ϵ Ф дельта ϵ ) ,
что не так Т мю ν из-за первого срока. Что я не так? Почему ковариантные компоненты вектор-потенциала А здесь полезнее, чем контравариант?

Ответы (1)

Я считаю, что ваша ошибка в том, что

дельта Ф α β дельта г мю ν 0.
Версия тензора напряженности поля с пониженным индексом не зависит от г мю ν , так как он определяется как
Ф мю ν "=" 2 [ мю А ν ] "=" мю А ν + Г р мю ν А р ν А мю Г р ν мю А р "=" 2 [ мю А ν ] ,
поскольку символы Кристоффеля обладают тем свойством, что Г р мю ν "=" Г р ν мю . Другими словами, версия напряженности поля с пониженным индексом не зависит от метрики (или, собственно говоря, не зависит от связи).

Мы могли бы попробовать что-то подобное с версией тензора напряженности поля с повышенным индексом. Viewing А мю как наше основное поле сейчас, это было бы

Ф мю ν "=" 2 [ мю А ν ] "=" г мю р р А ν г ν р р А мю "=" г мю р ( р А ν Г ν р о А о ) г ν р ( р А мю + Г мю р о А о ) "=" 2 [ мю А ν ] 2 г р [ мю Г ν ] р о А о .
Но нет никакой причины, чтобы второй член в этом последнем уравнении обращался в нуль; Символы Кристоффеля не имеют какой-либо особой симметрии между их первыми двумя индексами (AFAIK). Таким образом, если бы вы изменили метрику (и связанную с ней связь), член возник бы из вариации ковариантного оператора производной, неявного в вашем определении Ф мю ν .

Если бы вы приняли во внимание этот термин, это привело бы к терминам, которые были бы производными от г мю ν и А р . Я подозреваю, что эти члены объединятся, чтобы сформировать еще одну или две копии тензора напряженности поля, и, в конце концов, знак аберрантного члена в вашем вопросе будет работать нормально. Но доказательство остается в качестве упражнения для вопрошающего. :-)

Я согласен. Действительно, я не учел зависимость Ф мю ν на метрическом тензоре. СПАСИБО.