Objektive Richtung der Zeit in der Allgemeinen Relativitätstheorie

In der allgemeinen Relativitätstheorie die Koordinaten X μ wir auf die Mannigfaltigkeit setzen, sind willkürlich und brauchen keine physikalische Interpretation. Aus diesem Grund wird gesagt, dass es in GR keinen objektiven Zeitbegriff gibt. Gleichzeitig existiert jedoch die koordinatenunabhängige Vorstellung von "zeitartigen", "null" und "raumartigen" Vektoren. Bedeutet dies nicht zwangsläufig die Existenz einer objektiven Zeit in Richtung des „zeitähnlichsten“ Vektors?

Betrachten Sie zur Präzisierung eine beliebige Mannigfaltigkeit ( M , G μ v ) und wähle darauf eine Riemannsche Metrik H μ v . Betrachten Sie alle Vektoren v μ befriedigend H μ v v μ v v = 1 (oder irgendeine Konstante). Einer dieser Vektoren, u μ , wird minimiert G μ v v μ v v (unter Verwendung der Konvention G μ v T μ T v < 0 für zeitähnlichen Vektor T μ ) und wir nehmen diesen "zeitlichsten" Vektor als Richtung der Zeit. Das Vektorfeld u μ ( P ) Auf diese Weise konstruiert, wird eine Familie von Integralkurven erzeugt, die wir unter Verwendung ihrer Pfadlänge parametrisieren. Da die Größe eines Vektors unabhängig von unserer Wahl der Koordinaten ist, ist diese Konstruktion koordinatenunabhängig und stellt somit einen eindeutigen, objektiven Zeitfluss dar.

Wo ist der Fehler in dieser Konstruktion? Ist es möglich, dass dies lediglich der Eigenzeit eines Beobachters entspricht, der in einem bestimmten Tangentialraum ruht, äquivalent dazu, wie die Zeitachse für einen bestimmten Referenzrahmen in der speziellen Relativitätstheorie einzigartig ist?

Ich habe das Gefühl, dass mir etwas Grundlegendes darüber fehlt, wie Koordinaten in der Allgemeinen Relativitätstheorie funktionieren.

EDIT: Meine Frage ist kein Duplikat der hier gestellten . Ich frage speziell nach der Definition einer eindeutigen Zeitrichtung und nicht einfach nach der Suche nach Vektoren, die zeitähnlich sind (was von jedem erfüllt werden würde v μ wofür G μ v v μ v v < 0 ).

In der mathematischen Eichtheorie kann die lokale Koordinatentransformation (Diffeomorphismus) als die der Lie-Gruppe GL(1,3; R) entsprechende Eichtransformation angesehen werden. In der Theorie von SU(N) Yang Mill werden diese Eichtransformationen jedoch nicht als physikalische Observablen betrachtet, sollten wir also die Koordinatentransformation in GR in derselben Gedankenrichtung interpretieren? Ich denke, das sollte helfen: physical.stackexchange.com/q/4359
Ich bin verwirrt von Ihrer Notation. Die Mannigfaltigkeit ( M , G μ v ) hat G μ v als Metrik. Also was ist das jetzt H μ v die du eingeführt hast?
Ich glaube nicht, dass es in GR eine bevorzugte Richtung der Zeit gibt. Die Gesetze sind in beiden Richtungen unveränderlich. Die Richtung wird durch die Entropie des Systems auferlegt
@Brick die physikalisch relevante Lorentzsche Metrik an M Ist G μ v . Der H μ v ist eine Riemannsche Metrik, für die ich mich entschieden habe M damit ich die Länge des Vektors beim Minimieren fixieren kann G μ v v μ v v . Aus der gegebenen Antwort geht jedoch hervor, dass die Zeitrichtung seitdem nicht eindeutig sein wird H μ v ist völlig willkürlich.

Antworten (1)

Die Wahl der Riemannschen Metrik H μ v ist selbst willkürlich, da es auf einem willkürlichen Raum mehrere nicht äquivalente nicht entartete Tensoren vom Rang 2 gibt; und verschiedene Auswahlmöglichkeiten H μ v zu unterschiedlichen „bevorzugten Zeitrichtungen“ führen.

Betrachten Sie beispielsweise die folgenden zwei Rang-2-Tensoren im Minkowski-Raum mit Koordinaten T , X , j , z :

H T T ( 1 ) = H X X ( 1 ) = H j j ( 1 ) = H z z ( 1 ) = 1 (alle anderen Komponenten verschwinden)
H T T ( 2 ) = H X X ( 2 ) = 5 4 H X T ( 2 ) = H T X ( 2 ) = 1 H j j ( 2 ) = H z z ( 1 ) = 1 (alle anderen Komponenten verschwinden)
In diesen Koordinaten minimiert sich der Vektor η μ v v μ v v der Einschränkung unterliegen H μ v ( 1 ) v μ v v = 1 Ist v μ = ( 1 , 0 , 0 , 0 ) , während der Vektor minimiert η μ v v μ v v der Einschränkung unterliegen H μ v ( 2 ) v μ v v = 1 Ist v μ = ( 4 3 , 2 3 , 0 , 0 ) .

Unterschiedliche Wahlen der Riemannschen Metrik führen also zu unterschiedlichen Zeitrichtungen. Tatsächlich führt die Riemannsche Metrik eine bevorzugte geometrische Struktur in die Raumzeit ein, die indirekt die bevorzugte Zeitrichtung codiert.

Ich fühle mich ein bisschen albern, weil ich keine explizite Berechnung versucht habe, aber ja, das macht sehr viel Sinn. Vielen Dank!
Könnte der Downvoter bitte erklären, was an dieser Antwort falsch ist?