為什麼廣義相對論中協變數求導和逆變數求導分數分上下分母順序不一樣?

時間 2021-05-31 22:56:58

1樓:尋風

因為沒有度規的話協變和逆變是兩種不同型別的量,逆變對應切空間而協變對應餘切空間

以一階張量為例說明下(高階張量可以通過其與低階張量的內積為低階張量來確定變換規律):

逆變向量引入自切矢,即逆變向量定義為光滑函式集到實數集的線性對映

引入兩個有交的局域座標系 ,以下各量均在交域內,

定義座標基 對標量場 的作用為

(求導操作當然是線性的,其實要求是線性對映應該就是方向導數的推廣,

類似從開區間概念提煉出有限交無限並的本質特點從而抽象出開集)

那麼任意乙個切空間中的元素可以定義在這個基上:

要求其是不變數,即

由偏導數的鏈式法則得

故 ,非實質性的改下指標得

此即逆變向量分量的變換關係

協變向量引入自餘切空間,即切空間的對偶空間:切空間到實數集的對映

可以通過對偶基矢對基矢的作用為克羅內克符號來看,

這裡我用另一種方法引入,即 為標量來看,

此為不變數,即 ,由上面給出的逆變向量分量變換關係得

,即 這就能看出不同了

至於二階及以上的變換規律,如二階協變張量 ,令

由協變向量的變換率得

再由逆變向量的變換率得

於是得 ,其他階的張量同理(用張量積也行)

注1.

以上全程照顧指標平衡,為區別開協變和逆變從而不會混淆採取協變指標在下逆變指標在上

這是個非本質的指定,你願意的話完全可以協變在上逆變在下,只是這樣不均衡了看著彆扭

甚至可以都在上或都在下,用字母上加和不加波浪線表示區分等任意方法

注2.

第一部分的座標基矢 的 不是區分協逆變的指標,

只是用以區分一組基中不同的基矢的序號

類似的還有黎曼曲率張量那裡的聯絡一形式和曲率二形式等

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