Výpočty v Newman – Penrose (NP) formalismus z obecná relativita obvykle začínají konstrukce komplexní nulové tetrady , kde je pár nemovitý nulové vektory a je pár komplex nulové vektory. Tyto tetrady vektory respektujte následující normalizační a metrické podmínky za předpokladu podpisu časoprostoru
Pouze po tetradě dostane postavil lze jeden pohyb vpřed k výpočtu směrové deriváty, spinové koeficienty, komutátory, Weyl-NP skaláry , Skaláry Ricci-NP a Maxwell-NP skaláry a další veličiny v NP formalismu. Existují tři nejčastěji používané metody pro konstrukci komplexní nulové tetrady:
- Všechny čtyři tetradové vektory jsou nonholonomic kombinace ortonormální holonomické tetrady;[1]
- (nebo ) jsou zarovnány s odchozím (nebo příchozím) tečným vektorovým polem nula radiální geodetika, zatímco a jsou konstruovány pomocí nonholonomic metody;[2]
- Tetrad, který je přizpůsoben struktuře časoprostoru z pohledu 3 + 1, přičemž se předpokládá jeho obecná forma a tetradské funkce v ní musí být vyřešeny.
V níže uvedeném kontextu se ukáže, jak tyto tři metody fungují.
Poznámka: Kromě konvence použitý v tomto článku, druhý používaný je .
Nonholonomic tetrad
Primární metoda konstrukce složité nulové tetrady je pomocí kombinací ortonormálních bází.[1] Pro časoprostor s ortonormální tetradou ,
covektory z nonholonomic komplexní null tetrad lze zkonstruovat pomocí
a tetradové vektory lze získat zvýšením indexů prostřednictvím inverzní metriky .
Poznámka: Nonholonomic konstrukce je ve skutečnosti v souladu s místními světelný kužel struktura.[1]
Příklad: Nonholonomic tetrad
Vzhledem k metrice časoprostoru formuláře (v podpisu (-, +, +, +))
nonholonomic orthonormal covectors proto jsou
a nonholonomic null covectors jsou proto
-
-
lA (čA) zarovnáno s nulovou radiální geodetikou
v Minkowského časoprostor, nonholonomically konstruovány nulové vektory respektují odchozí a příchozí nulová radiální paprsky. Jako rozšíření této myšlenky v obecných zakřivených časoprostorech stále lze zarovnat s tečným vektorovým polem nulového radiálu shoda.[2] Tento typ přizpůsobení však funguje pouze pro , nebo souřadnice, kde radiální chování lze dobře popsat pomocí a označují odchozí (zpožděné) a příchozí (pokročilé) nulovou souřadnici.
Příklad: Nulová tetrad pro metriku Schwarzschild v souřadnicích Eddington-Finkelstein
Čte se Schwarzschildova metrika v souřadnicích Eddington-Finkelstein
takže Lagrangian pro nulové radiální geodetika Schwarzschildova časoprostoru je
který má příchozí řešení a odchozí řešení . Nyní lze zkonstruovat komplexní nulovou tetrad, která je přizpůsobena přicházející nulové radiální geodetice:
a duální bazické covektory proto jsou
Zde jsme využili podmínku křížové normalizace stejně jako požadavek, že by měla překlenout indukovanou metriku pro průřezy {v = konstanta, r = konstanta}, kde a nejsou vzájemně kolmé. Také zbývající dva tetradové (ko) vektory jsou konstruovány nonholonomically. S definovanou tetradou je nyní možné zjistit příslušné spinové koeficienty, Weyl-Np skaláry a Ricci-NP skaláry, které
Příklad: Nulová tetrada pro extrémní metriku Reissner – Nordström v souřadnicích Eddington-Finkelstein
Přečte se metrika Reissner – Nordström v příchozích souřadnicích Eddington-Finkelstein
takže Lagrangian je
Pro nulovou radiální geodetiku s existují dvě řešení
- (příchozí) a (odchozí),
a proto lze tetradu pro příchozího pozorovatele nastavit jako
S definovanou tetradou jsme nyní schopni vypočítat spinové koeficienty, Weyl-NP skaláry a Ricci-NP skaláry, které
Tetrady přizpůsobené struktuře časoprostoru
U některých typických hraničních oblastí, jako je nula nekonečno, časové nekonečno, vesmírný nekonečno, Černá díra obzory a kosmologické horizonty k dosažení co nejstručnější jsou obvykle použity nulové tetrady přizpůsobené strukturám časoprostoru Newman – Penrose popisy.
Newman-Unti tetrad pro nulové nekonečno
Pro nulové nekonečno, klasický Newman-Unti (NU) tetrad[3][4][5] je zaměstnán ke studiu asymptotické chování na null nekonečno,
kde jsou tetradové funkce, které se mají vyřešit. U NU tetrad jsou listy foliace parametrizovány pomocí odchozí (pokročilá) nulová souřadnice s , a je normalizovaný afinní spolu koordinovat ; příchozí nulový vektor funguje jako nulový generátor v nulovém nekonečnu s . Souřadnice obsahují dvě skutečné afinní souřadnice a dva komplexní stereografické souřadnice , kde jsou obvyklé sférické souřadnice na průřezu (jak je uvedeno v odkazu,[5] komplexní stereografické spíše než nemovitý izotermický souřadnice se používají pouze pro usnadnění úplného řešení rovnic NP).
Také pro tetrad NU jsou podmínky základního rozchodu
Upravená tetrada pro exteriéry a blízko horizontu izolovaných horizontů
Pro komplexnější pohled na černé díry v kvazilokálních definicích jsou upraveny tetrady, které lze plynule přenášet z vnějšku do blízký horizont a jsou požadovány obzory. Například pro izolované obzory popisující černé díry v rovnováze s jejich exteriéry, takový tetrad a související souřadnice mohou být konstruovány tímto způsobem.[6][7][8][9][10][11] Vyberte první skutečný nulový covector jako gradient foliačních listů
kde je příchozí (retardovaný) Typ Eddington – Finkelstein nulová souřadnice, která označuje průřezy foliace a funguje jako afinní parametr s ohledem na odchozí pole nulového vektoru , tj.
Představte druhou souřadnici jako afinní parametr podél příchozího nulového vektorového pole , který se řídí normalizací
Nyní, první skutečný nulový tetradový vektor je opraveno. Určit zbývající tetradové vektory a jejich vektory, kromě základních podmínek křížové normalizace je také požadováno, aby: (i) odchozí nulové normální pole funguje jako nulové generátory; ii) nulový rám (covektory) jsou paralelně šířeny podél ; (iii) pokrývá průřezy {t = konstanta, r = konstanta}, které jsou označeny nemovitý izotermické souřadnice .
Tetrady splňující výše uvedená omezení lze vyjádřit v obecné podobě
Podmínky měřidla v této tetradě jsou
Poznámka: Na rozdíl od Souřadnice typu Schwarzschild, zde r = 0 představuje horizont, zatímco r> 0 (r <0) odpovídá zevnějšku (vnitřku) izolovaného horizontu. Lidé často Taylor rozšířit skalár funkce vzhledem k horizontu r = 0,
kde odkazuje na jeho horizontální hodnotu. Samotné souřadnice použité v adaptované tetradě výše jsou ve skutečnosti Gaussovské nulové souřadnice zaměstnán při studiu geometrie blízkého horizontu a mechaniky černých děr.
Viz také
Reference
- ^ A b C David McMahon. Relativity Demystified - Průvodce pro samouky. Kapitola 9: Null Tetrads and the Petrov Classification. New York: McGraw-Hill, 2006.
- ^ A b Subrahmanyan Chandrasekhar. Matematická teorie černých děr. Oddíl ξ20, oddíl ξ21, oddíl ξ41, oddíl ξ56, oddíl ξ63 (b). Chicago: University of Chikago Press, 1983.
- ^ Ezra T Newman, Theodore W J Unti. Chování asymptoticky plochých prázdných míst. Journal of Mathematical Physics, 1962, 3(5): 891-901.
- ^ Ezra T Newman, Roger Penrose. Přístup k gravitačnímu záření metodou spinových koeficientů. Oddíl IV. Journal of Mathematical Physics, 1962, 3(3): 566-768.
- ^ A b E T Newman, K P Tod. Asymptotically Flat Spacetimes, Příloha B. V držení (editor): Obecná relativita a gravitace: sto let po narození Alberta Einsteina. Vol (2), strana 1-34. New York and London: Plenum Press, 1980.
- ^ Xiaoning Wu, Sijie Gao. Efekt tunelování blízko slabě izolovaného horizontu. Fyzická revize D, 2007, 75(4): 044027. arXiv: gr-qc / 0702033v1
- ^ Xiaoning Wu, Chao-Guang Huang, Jia-Rui Sun. Na gravitační anomálii a Hawkingově záření blízko slabě izolovaného horizontu. Fyzická revize D, 2008, 77(12): 124023. arXiv: 0801.1347v1 (gr-qc)
- ^ Yu-Huei Wu, Chih-Hung Wang. Gravitační záření generických izolovaných horizontů. arXiv: 0807.2649v1 (gr-qc)
- ^ Xiao-Ning Wu, Yu Tian. Extrémní izolovaný horizont / korespondence CFT. Fyzická revize D, 2009, 80(2): 024014. arXiv: 0904.1554 (hep-th)
- ^ Yu-Huei Wu, Chih-Hung Wang. Gravitační záření generických izolovaných horizontů a nerotujících dynamických horizontů z asymptotických expanzí. Fyzická revize D, 2009, 80(6): 063002. arXiv: 0906.1551v1 (gr-qc)
- ^ Badri Krishnan. Časoprostor v sousedství obecné izolované černé díry. arXiv: 1204.4345v1 (gr-qc)