Векторное поле Киллинга

Векторное поле Киллинга

Поле Киллинга — векторное поле скоростей (локальной) однопараметрической группы движений риманова или псевдориманова многообразия. Другими словами, поток, который генерируется векторным полем Киллинга, задает непрерывное однопараметрическое семейство движений многообразия, то есть преобразований, относительно которых метрический тензор остается инвариантным. В частности, если метрический тензор gμν в некоторой системе не зависит от одной из координат xμ, тогда векторное поле вдоль этой координаты \hat{e}_\mu(x) \equiv \partial_\mu будет полем Киллинга.

Векторы Киллинга в физике указывают на симметрию физической модели и помогают найти сохраняющиеся величины, такие как энергия, импульс или спин. В теории относительности, например, если метрический тензор не зависит от времени, то в пространстве-времени существует времениподобный вектор Киллинга, с которым связана сохраняющаяся величина — энергия гравитационного поля.

Название дано в честь немецкого математика Вильгельма Киллинга (Wilhelm Killing), открывшего группы Ли и многие их свойства параллельно с Софусом Ли.

Содержание

Определение

Векторное поле X на M называется полем Киллинга если оно удовлетворяет следующему уравнению:

\mathcal{L}_X g = 0,

где \mathcal{L}_X  — производная Ли по направлению X, a g — риманова метрика на M.

Это уравнение можно переписать через связность Леви-Чивита:

g(\nabla_Y X, Z) + g(Y, \nabla_Z X) = 0

для любых полей Y и Z.

В терминах локальных координат:

\nabla_i X_j + \nabla_j X_i = 0.

Свойства

  • Векторное поле X является полем Киллинга тогда и только тогда, когда сужение X на любую геодезическую является полем Якоби.
  • Для задания поля Киллинга достаточно указать его значение, плюс значения всех его (ковариантных) производных первого порядка, всего в одной точке. Из этой точки векторное поле может быть продолжено на все многообразие.
  • Скобка Ли, или коммутатор двух полей Киллинга дает опять поле Киллинга. Таким образом, поля Киллинга образуют подалгебру бесконечномерной алгебры Ли всех (дифференцируемых) векторных полей на многообразии. Эта подалгебра является алгеброй Ли группы движений многообразия.
  • Линейная комбинация полей Киллинга тоже является полем Киллинга.
    • Иллюстрация сложения полей Киллинга на плоскости. Поле вращений вокруг начала координат + поле параллельного переноса вдоль оси y = поле вращений вокруг центра, смещенного относительно начала координат вдоль оси x:
      Изображение:AddKillingFields.gif
      Все три поля являются полями движений плоскости.
  • Если кривизна Риччи компактного многообразия отрицательна то на нём нет нетривиальных (то есть не равных тождественно нулю) полей Киллинга .
  • Если секционная кривизна компактного многообразия положительная и размерность чётная, то поле Киллинга должно иметь нуль.

Примеры

Первые два поля Киллинга отвечают однопараметрическим подгруппам сдвигов вдоль осей x и y, а последнее — подгруппе вращений вокруг начала координат. Различные комбинации из этих трех подгрупп исчерпывают всевозможные движения плоскости.
  • В трёхмерном евклидовом пространстве \R^3 существует шесть линейно независимых полей Киллинга:
\xi_x = \mathbf{e}_x, \xi_y = \mathbf{e}_y, \xi_y = \mathbf{e}_y
\zeta_x = -y\mathbf{e}_z + z\mathbf{e}_y
\zeta_y = -z\mathbf{e}_x + x\mathbf{e}_z
\zeta_z = -x\mathbf{e}_y + y\mathbf{e}_x
  • Последние три поля ζx, ζy и ζz являются также полями Киллинга на сфере \mathbf{S}^2 (это становится очевидным если рассматривать ее погруженной в трехмерное пространство).
  • Однолистный гиперболоид, задаваемый уравнением x2 + y2z2 = 1, погруженный в пространство Минковского с метрикой ds2 = dx2 + dy2dz2, имеет три линейно независимых поля Киллинга, подобных полям Киллинга на сфере:
\zeta_x = y\mathbf{e}_z + z\mathbf{e}_y
\zeta_y = z\mathbf{e}_x + x\mathbf{e}_z
\zeta_z = -x\mathbf{e}_y + y\mathbf{e}_x

Вариации и обобщения

  • Конформные поля Киллинга, определяются формулой
        \mathcal{L}_X g = \lambda g
    для некоторого скаляра λ. Они являются производными однопараметрических семейств конформных отображений.
  • Конформные тензорные поля Киллинга: симметричные тензорные поля T, такие что симметризация \nabla T равна нулю.
  • Антисимметричное тензорное поле Киллинга — Яно, часто представяемое, как «корень квадратный из симметричного тензорного поля Киллинга». Симметрия, описываемая тензорами Киллинга и Киллинга — Яно, существует во вращающихся черных дырах Керра, а также некоторых ее обобщениях. Наличие подобной симметрии объясняет, почему разделяются переменные в уравнениях движения классической и квантовой релятивистской механики: Гамильтона — Якоби, волновом, Клейна — Гордона, Дирака и др. (см. о тензорх Киллинга и Киллинга — Яно: Алексей Борисович Гаина. Квантовые частицы в полях Эйнштейна — Максвелла/Кишинев. Штиинца. 1989)

См. также


Wikimedia Foundation. 2010.

Поможем решить контрольную работу

Полезное


Смотреть что такое "Векторное поле Киллинга" в других словарях:

  • Поле Киллинга — Поле Киллинга[1]  векторное поле скоростей (локальной) однопараметрической группы движений риманова или псевдориманова многообразия. Другими словами, поток, который генерируется векторным полем Киллинга, задает непрерывное… …   Википедия

  • КИЛЛИНГА ВЕКТОР — точнее киллинга векторное поле, или инфинитезимальное движение, поле скоростей (локальной) однопараметрич. группы движений риманова пространства М. Точнее, векторное поле Xна Мназ. векторным полем Киллинга (к. в. п.), если оно удовлетворяет… …   Математическая энциклопедия

  • Вектор Киллинга — Поле Киллинга  векторное поле скоростей (локальной) однопараметрической группы движений риманова или псевдориманова многообразия. Другими словами, поток, который генерируется векторным полем Киллинга, задает непрерывное однопараметрическое… …   Википедия

  • Киллингово поле — Поле Киллинга  векторное поле скоростей (локальной) однопараметрической группы движений риманова или псевдориманова многообразия. Другими словами, поток, который генерируется векторным полем Киллинга, задает непрерывное однопараметрическое… …   Википедия

  • Решения уравнений Эйнштейна —     Общая теория относительности …   Википедия

  • Производная Ли — тензорного поля по направлению векторного поля   главная линейная часть приращения тензорного поля при его преобразовании, которое индуцировано локальной однопараметрической группой диффеоморфизмов многообразия, порождённой полем . Названа в …   Википедия

  • Общая теория относительности — Альберт Эйнштейн (автор общей теории относительности), 1921 год …   Википедия

  • ЛИ ГРУППА — группа G, обладающая такой структурой аналитического многообразия, что отображение прямого произведения в Gана литично. Другими словами, Ли г. это множество, наделенное согласованными структурами группы и аналитич. многообразия. Ли г. наз.… …   Математическая энциклопедия

  • БЕСКОНЕЧНО МАЛОЕ ИЗГИБАНИЕ — понятие, первоначально возникшее при описании деформации поверхности Fв трехмерном евклидовом пространстве, при к рой изменение длин кривых на Fявляется величиной порядка малости меньшего, чем изменение пространственного расстояния между точками… …   Математическая энциклопедия

  • МЕТРИКА ПРОСТРАНСТВА-ВРЕМЕНИ — в теории относительности, задаёт расстояния (интервалы) между точками пространства времени (событиями) и, т. о., полностью определяет геометрические свойства четырёхмерного пространства времени. (см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ, ТЯГОТЕНИЕ). Физический …   Физическая энциклопедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»