Stimmt etwas mit dieser modifizierten Einstein-Hilbert-Aktion erster Ordnung nicht?

Die Einstein-Hilbert-Aktion:

S E H = 1 2 κ G G A B ( Γ C A B , C Γ C A C , B + Γ D A B Γ C C D Γ D A C Γ C B D ) D 4 X

Enthält zweite Ableitungen von G da die Christoffel-Symbole Ableitungen von enthalten G aber durch partielle Integration kann es in eine Form mit nur ersten Ableitungen des metrischen Tensors gebracht werden:

S E H ' = 1 2 κ ( Γ C A B C ( G G A B ) + Γ C A C B ( G G A B ) + G G A B ( Γ D A B Γ C C D Γ D A C Γ C B D ) ) D 4 X .

Ist das gleichwertig? Ich lese manchmal von „Oberflächenbegriffen“, bin mir aber nicht sicher, was das bedeutet.

Wenn Sie es ausarbeiten, ist es:

S E H ' = 1 8 κ G ( G A B G D e G C F + 2 G A C G B F G D e + 3 G A D G B e G C F 6 G A D G B F G C e ) C G A B F G D e D X 4
(Obwohl ich vielleicht einige der Konstanten falsch verstanden habe). Ich mag diese Form, weil sie der Maxwell-Aktion ähnlich ist:
S M = 1 2 G ( G A C G B D G A D G B C ) A A B C A D D X 4

Der Oberflächenterm, durch den sie sich unterscheiden, umfasst sowohl die Metrik als auch ihre Ableitung, und Sie können nicht sowohl die Metrik als auch ihre Ableitung an der Grenze fixieren, sodass sich die beiden Aktionen durch einen Oberflächenterm unterscheiden, der technisch nicht auf Null gesetzt werden kann. Wenn wir die EH-Aktion mit dem hinzugefügten GHY-Grenzterm betrachten, dann sind die beiden äquivalent. Aus Sicht der formalen Variationsrechnung liegen totale Divergenzen im Kern des Euler-Lagrange-Operators und die Bewegungsgleichungen der beiden Aktionen sind gleich.
@Bence Wenn sie nicht gleichwertig sind, woher wissen wir dann, welches "richtig" ist?
@zooby Die Eichinvarianz von GR ist so, dass Sie mit einem Hamilton-Operator enden, der überall Null ist, außer an der Grenze. Wenn Sie also die Legendre-Transformation durchführen, können Sie Grenzausdrücke nicht naiv wegwerfen - sie enthalten nicht triviale Informationen.
1) Wenn wir das Variationsproblem „wörtlich“ im Gegensatz zu „formal“ nehmen, dann ist die EH-Aktion nur dann korrekt, wenn wir den GHY-Term hinzufügen, der sie gleich macht. 2) Wenn wir uns nur um die klassischen EoMs kümmern, dann produzieren sie die gleichen EoMs.
Warum wird der Begriff GHY benötigt? Ist der Raum nicht unendlich ohne Grenzen?
Bitte geben Sie diese Informationen in einer Antwort an.

Antworten (1)

  1. Die 1. (2.) Aktion von OP ist (ist nicht) kovariant / geometrisch. Die zweite Aktion von OP transformiert mit einem Grenzterm unter allgemeinen Koordinatentransformationen.

  2. Der Grund für den GHY-Grenzterm überhaupt wird zB in diesem Phys.SE-Beitrag erläutert.

  3. OP fragt in einem Kommentar:

    Warum wird der Begriff GHY benötigt? Ist der Raum nicht unendlich ohne Grenzen?

    Bei der Ableitung von Euler-Lagrange (EL)-Gleichungen aus einem Variationsprinzip müssen wir partiell integrieren. Wir können dies nicht tun, es sei denn, wir setzen Randbedingungen (oder Abfallbedingungen) im räumlichen Unendlichen.