列维-奇维塔联络
微分几何术语
列维-奇维塔联络(Levi-Civita connection),在黎曼几何中, 是切丛上的无挠率联络,它保持黎曼度量(或伪黎曼度量)不变。因意大利数学家图利奥·列维-奇维塔而得名。
定义
配有度量<·,·>的黎曼流形M的等距无挠联络∇定义为
<∇XY,Z>=1/2{X-Z+Y-++},称为M的列维-奇维塔联络。
简介
列维-奇维塔联络(Levi-Civita connection),在黎曼几何中, 是切丛上的无挠率联络,它保持黎曼度量(或伪黎曼度量)不变。因意大利数学家图利奥·列维-奇维塔而得名。
黎曼几何基本定理表明存在唯一联络满足这些属性。
在黎曼流形和伪黎曼流形的理论中,共变导数一词经常用于列维-奇维塔联络。联络的坐标空间的表达式称为克里斯托费尔符号
黎曼几何
微分几何中,黎曼几何(英语:Riemannian geometry)研究具有黎曼度量的光滑流形,即流形切空间上二次形式的选择。它特别关注于角度、弧线长度及体积。把每个微小部分加起来而得出整体的数量。
19世纪,波恩哈德·黎曼把这个概念加以推广。
任意平滑流形容许黎曼度量及这个额外结构帮助解决微分拓扑问题。它成为伪黎曼流形复杂结构的入门。其中大部分都是广义相对论的四维研究对象。
伪黎曼流形
伪黎曼流形(英语:Pseudo-Riemannian manifold)是一光滑流形,其上有一光滑、对称、点点非退化的 张量。此张量称为伪黎曼度量或伪度量张量
伪黎曼流形与黎曼流形的区别是它不需要正定(通常要求非退化)。因为每个正定形式都是非退化的,所以黎曼度量也是一个伪黎曼度量,亦即黎曼流形是伪黎曼流形的一种特例。
每一个非退化对称,双线性形式有一个固定的度量符号 。这里 与 记作正特征值及负特征值的个数。注意 是流形的维数。黎曼流形就是以 作为符号。
伪黎曼流形的符号 称为洛伦兹度量。拥有洛伦兹度量的流形都是洛伦兹流形。除黎曼流形外,洛伦兹流形是伪黎曼流形的最重要的子类。因为它常被用于广义相对论。广义相对论首要假设是时空可以转为拥有 符号的洛伦兹流形的模型。
欧几里得空间 可以被认为是黎曼流形的模型一样,,有平坦闵可夫斯基度量的闵可夫斯基空间(Minkowski space) 是洛伦兹流形的模型空间。特征数为 的伪黎曼流形的模型空间是有如下伪度量的
有些黎曼度量的基本定理可以推广到伪黎曼的情形。例如黎曼几何基本定理对伪黎曼流形也成立。这使得我们能够在伪黎曼流形上能够使用列维-奇维塔联络和相关的曲率张量。另一方面,黎曼几何的很多定理在推广到伪黎曼的情况下不成立。例如,并不是每个光滑流形都可以有一个给定符号的伪黎曼度量;因为有一些特殊的拓扑阻碍存在。
形式化定义
设 为一黎曼流形(或伪黎曼流形),则仿射联络 在满足以下条件时是列维-奇维塔联络。
挠率:也就是,对任何向量场 我们有 ,其中 是向量场 和 的李括号
与度量相容:也就是,对任何向量场 我们有,其中表示函数沿向量场的导数。
沿曲线的导数
列维-奇维塔联络也定义了一个沿曲线的导数,通常用表示。
给定一个在上的光滑曲线和上的一个向量场,其导数定义如下
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 15:34
目录
概述
定义
简介
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