Allgemeine Parameter des Spannungsenergietensors im lokalen Inertialsystem

Ein allgemeiner symmetrischer 4x4-Tensor hat 10 unabhängige Komponenten. Wie viele Komponenten können wir im lokalen Inertialsystem frei vorschreiben?

Zum Beispiel ist relativistischer Staub diag ( ρ C 2 , 0 , 0 , 0 ) im lokalen Trägheitsrahmen (also 1 Parameter) was gibt

T μ v = ρ v μ v v
das hat 4 Parameter (einer ist ρ und dann 3 parameter in v μ aufgrund des zustandes v μ v μ = C 2 ).

Ein weiteres Beispiel ist perfekte Flüssigkeit mit diag ( ρ C 2 , P , P , P ) (also 2 Parameter) was gibt

T μ v = ( ρ + P C 2 ) v μ v v + P G μ v
Das hat 5 Parameter ( ρ , P und die räumlichen Komponenten v ich ).

Daher scheint es mir, dass es im lokalen Inertialsystem nur 7 unabhängige Parameter gibt, da die anderen 3 Freiheitsgrade durch die Geschwindigkeit (die im Inertialsystem Null ist) gegeben sind. Ist das korrekt?

Antworten (1)

Nein, es ist sicherlich nicht möglich, jeden allgemeinen Tensor in Form von 7 Parametern zu schreiben. Der Raum möglicher Spannungs-Energie-Tensoren ist eindeutig 10-dimensional D = 4 (10 Parameter), also können Sie es nicht 7-dimensional machen (7 Parameter). Die von Ihnen erwähnte spezielle Auswahl des Tensors ist isotrop in einem Rahmen – Behandlung X , j , z auf Augenhöhe (sie sind invariant unter einem S Ö ( 3 ) ). Aber allgemeine Spannungs-Energie-Tensoren sind nicht isotrop.

Sie können einen symmetrischen Tensor immer diagonalisieren D = 4 , dh durch 4 Eigenwerte ersetzen, die ich nennen darf ρ , P X X , P j j , P z z . Die Daten, die benötigt werden, um anzugeben, in welchen Koordinatensystemen der Tensor diagonal wird, sind jedoch äquivalent zu einem Element von S Ö ( 3 , 1 ) – die Lorentz-Transformation benötigt, um von einer gegebenen Basis auf die Basis der Eigenvektoren der Matrix umzuschalten – die die verbleibenden 6 Parameter (die Dimension der Lorentz-Gruppe) hat, also wenn Sie sich auch die Informationen über die Richtungen merken wollen – und die Tatsache, dass Sie die Komponenten enthalten v μ zeigt, dass Sie sie zählen möchten – dann sind Sie wieder bei 10 Parametern.

Dies wird natürlich verallgemeinert D Maße. Ein symmetrischer Tensor hat D ( D + 1 ) / 2 Komponenten, die als zerlegt werden können D Eigenwerte u D ( D 1 ) / 2 Elemente einer antisymmetrischen Matrix, deren Potenzierung die richtige Drehung oder Lorentz-Transformation ergibt, für die der Tensor diagonalisiert.

Ah, du hast natürlich recht. Danke für die Klarstellung. Es sind 4 Eigenwerte + 6 Parameter der Lorentz-Gruppe. Die Velocity hängt mit den Parametern der Lorentz-Gruppe zusammen -- das war eigentlich meine Frage, welche Rolle die Velocity dabei spielt (ich wusste nicht, wie ich das am besten formulieren sollte).
Um spezifisch für perfekte Flüssigkeit zu sein: Wir wollen, dass der Tensor diagonal wird ( diag ( ρ , P X X , P j j , P z z ) ) im lokalen Inertialsystem. Die (eingeschränkte) Lorentz-Gruppe wird durch 3 räumliche Rotationen und 3 Boosts erzeugt, und wir wollen nicht, dass dies von den räumlichen Rotationen abhängt, also erhalten wir 3 Boosts (die durch die Velocity parametrisiert werden können v ich ), ρ und isotrop P = P X X = P j j = P z z , insgesamt 5 Parameter. Alles macht Sinn. Ich habe deine Antwort als akzeptiert markiert.