【广义相对论速成版】1. Rie...

物理
【广义相对论速成版】1. Riemann几何 1.6 Ricci张量、标曲率和Einstein张量

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质心民科 更新于2025-8-2 10:37:55

1. Ricci张量

Ricci张量的定义为

$$R_{\sigma\nu}=R_{~\sigma\lambda\nu}^{\lambda}\qquad \text{二阶张量}$$

$$R_{\sigma\nu}=g^{\lambda\mu}R_{\lambda\sigma\mu\nu}$$

由于

$$R_{\lambda\sigma\mu\nu}+R_{\lambda\mu\nu\sigma}+R_{\lambda\nu\sigma\mu}=0$$

乘以$g^{\lambda\mu}$

$$g^{\lambda\mu}R_{\lambda\sigma\mu\nu}+g^{\lambda\mu}R_{\lambda\mu\nu\sigma}+g^{\lambda\mu}R_{\lambda\nu\sigma\mu}=g^{\lambda\mu}R_{\lambda\sigma\mu\nu}+g^{\lambda\mu}R_{\lambda\nu\sigma\mu}=0$$

也即

$$g^{\lambda\mu}R_{\lambda\sigma\mu\nu}-g^{\lambda\mu}R_{\lambda\nu\mu\sigma}=0$$

$$R_{\sigma\nu}=R_{\nu\sigma}$$

为对称张量。

2. 标曲率

标曲率的定义为

$$R=g^{\mu\nu}R_{\mu\nu}$$

3. Einstein张量

在Bianchi恒等式

$$\nabla_{\lambda}R_{~\sigma\mu\nu}^{\rho}+\nabla_{\mu}R_{~\sigma\nu\lambda}^{\rho}+\nabla_{\nu}R_{~\sigma\lambda\mu}^{\rho}=0$$

中令$\rho=\mu$,

$$\nabla_{\lambda}R_{~\sigma\mu\nu}^{\mu}+\nabla_{\mu}R_{~\sigma\nu\lambda}^{\mu}+\nabla_{\nu}R_{~\sigma\lambda\mu}^{\mu}=0$$

$$\nabla_{\nu}R_{~\sigma\mu\lambda}^{\mu}=\nabla_{\lambda}R_{~\sigma\mu\nu}^{\mu}+\nabla_{\mu}R_{~\sigma\nu\lambda}^{\mu}$$

$$\nabla_{\nu}R_{\sigma\lambda}=\nabla_{\lambda}R_{\sigma\nu}+\nabla_{\mu}R_{~\sigma\nu\lambda}^{\mu}$$

将上式乘以$g^{\sigma\lambda}$

$$\nabla_{\nu}R=\nabla_{\lambda}g^{\sigma\lambda}R_{\sigma\nu}+\nabla_{\mu}g^{\sigma\lambda}R_{~\sigma\nu\lambda}^{\mu}$$

定义

$$R_{\nu}^{\lambda}=g^{\sigma\lambda}R_{\sigma\nu}$$

$$g^{\sigma\lambda}R_{\sigma\lambda}=R$$

$$g^{\sigma\lambda}R_{~\sigma\nu\lambda}^{\mu}=g^{\sigma\lambda}g^{\mu\rho}R_{\rho\sigma\nu\lambda}=g^{\mu\rho}g^{\sigma\lambda}R_{\rho\sigma\nu\lambda}=g^{\mu\rho}R_{\rho\nu}=R_{\nu}^{\mu}$$

$$\nabla_{\nu}R=\nabla_{\lambda}R_{\nu}^{\lambda}+\nabla_{\mu}R_{\nu}^{\mu}$$

$$\nabla_{\nu}R=2\nabla_{\mu}R_{\nu}^{\mu}$$

$$\nabla_{\mu}R_{\nu}^{\mu}=\frac{1}{2}\nabla_{\nu}R=\frac{1}{2}\delta_{\nu}^{\mu}\nabla_{\mu}R$$

故有

$$\nabla_{\mu}\left(R_{\nu}^{\mu}-\frac{1}{2}\delta_{\nu}^{\mu}R\right)=0$$

$$G_{\nu}^{\mu}=R_{\nu}^{\mu}-\frac{1}{2}\delta_{\nu}^{\mu}R$$

称为Einstein张量,满足

$$\nabla_{\mu}G_{\mu}^{\nu}=0$$

协变散度为零。

$$G^{\mu\nu}=g^{\nu\lambda}G_{\lambda}^{\mu}$$

$$G^{\mu\nu}=g^{\nu\lambda}\left(R_{\lambda}^{\mu}-\frac{1}{2}\delta_{\lambda}^{\mu}R\right)=R^{\mu\nu}-\frac{1}{2}g^{\mu\nu}R$$

并且

$$\nabla_{\mu}G^{\mu\nu}=0$$

可直接写成

$$\nabla_{\mu}\left(R^{\mu\nu}-\frac{1}{2}g^{\mu\nu}R\right)=0$$

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AE86
8天前
民科你好长时间不来这里了😭能讲讲ricci流对庞加莱猜想有什么作用吗
2条评论
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质心民科
6天前

我不知道你为什么会问这个问题。我不太确认你能否看懂,不过大概说一说:

Perelman在Hamilton的基础上,用三篇文章解决了Poincaré猜想:

- 引入熵函数、约化体积,证明Ricci流不会出现“坏”的奇点;【https://arxiv.org/abs/math/0211159

- 发展出“surgery”技术,能够在奇点形成时切掉并继续演化; 【https://arxiv.org/abs/math/0303109

- 证明Ricci流结合surgery能完整描述三维流形的几何结构演化. 【https://arxiv.org/abs/math/0307245

最终证明:

所有闭的、单连通的三维流形,在Ricci流+surgery下都会演化为标准三维球面。Poincaré猜想即证。

如果你对Ricci流感兴趣,不妨学习一下:

https://lusun.com/f/ohFyzs7RhuK?sortBy=1

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AE86 回复 质心民科
4天前

感谢大佬详细指点😘是看到的yau对庞加莱猜想的评论很好奇,另外自己拓扑刚刚入门。😘😘