equação Graceli estatística tensorial quântica de campos 1 / / / G [DR] = .= G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
//////
A intensidade de cada interação é definida pela sua constante de acoplamento, um parâmetro adimensional que serve para comparar as diferentes interações. No caso particular da interação eletromagnética, a constante de acoplamento é obtida a partir da expressão da energia potencial eletrostática entre duas cargas puntiformes divida pelor fator ħc.
A constante de acoplamento da interação eletromagnética é também conhecida como a constante de estrutura fina , já substituindo os valores das constantes. Na tabela a seguir são apresentadas características específicas de cada interação:[
Os modelos atuais de cosmologia são baseados nas equações de campo de Einstein, que incluem a constante cosmológica , visto que esta exerce importante influência na dinâmica de larga escala do cosmos:
Na relatividade geral, o deslocamento do periélio σ, expresso em radianos por revolução, é dado aproximadamente por:[85]
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
onde
- é o semieixo maior
- é o período orbital
- é a velocidade da luz
- é a excentricidade orbital
Tendo formulado a versão relativista e geométrica dos efeitos da gravidade, a questão da fonte da gravidade permanece. Na gravidade newtoniana, a fonte é massa. Na relatividade especial, a massa acaba por ser parte de uma quantidade mais geral chamada de tensor de energia-momento, que inclui densidades de energia e de momento, bem como tensão: pressão e cisalhamento.[31] Usando o princípio da equivalência, este tensor é prontamente generalizado para o espaço-tempo curvo. Com base na analogia com a gravidade newtoniana geométrica, é natural supor que a equação de campo para a gravidade relaciona esse tensor com o tensor de Ricci, que descreve uma classe particular de efeitos de maré: a mudança de volume para uma pequena nuvem de partículas de teste que estão inicialmente em repouso e depois caem livremente. Na relatividade especial, a conservação de energia-momento corresponde à afirmação de que o tensor de energia-momento é livre de divergência. Essa fórmula também é prontamente generalizada para o espaço-tempo curvo, substituindo as derivadas parciais por suas contrapartes curvadas-múltiplas, derivadas covariantes estudadas na geometria diferencial. Com essa condição adicional — a divergência covariante do tensor energia-momento, e, portanto, de qualquer coisa que esteja do outro lado da equação, é zero — o conjunto mais simples de equações é chamado de equações (de campo) de Einstein:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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Equações de campo de Einstein
Do lado esquerdo está o tensor de Einstein, uma combinação específica livre de divergência do tensor de Ricci e da métrica. Onde é simétrico. Em particular,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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é a curvatura escalar. O próprio tensor de Ricci está relacionado com o tensor de curvatura de Riemann mais geral
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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Do lado direito, notação de índices abstratos.[32] Combinando a previsão da teoria com resultados observacionais para órbitas planetárias ou, equivalentemente, assegurando que o limite de gravidade fraca e baixa velocidade é a mecânica newtoniana, a constante de proporcionalidade pode ser fixada como κ = 8πG/c4, com G a constante gravitacional e c a velocidade da luz.[33] Quando não há nenhuma matéria presente, de modo que o tensor de energia-momento desaparece, os resultados são as equações de vácuo de Einstein,
é o tensor energia-momento. Todos os tensores são escritos emEm matemática, a teoria das singularidades é uma área da matemática que estuda e classifica as singularidades de aplicações diferenciáveis. A teoria das singularidades emprega ferramentas de diversas áreas, como geometria diferencial, geometria algébrica, topologia diferencial, álgebra comutativa e topologia algébrica para estudar o comportamento local, semi-global e global das singularidades de aplicações diferenciáveis.[1][2]
Existem diversas aplicações para a teoria das singularidades, como o estudo da geometria extrínseca, o estudo da gravitação e da relatividade geral, o estudo de cáusticas em óptica e o estudo das transições de fase em mecânica estatística.[1][3][4]
O conceito de germe
Sejam , e tal que é uma vizinhança aberta de e é de classe . Dizemos que duas aplicações estão relacionadas caso exista uma vizinhança contendo , e de forma que e coincidam em . Escrevemos, então, ~ .
Podemos provar que ~ define uma relação de equivalência sobre
Denotaremos tal espaço vetorial por . Os elementos de são chamados de germes de aplicações diferenciáveis em . Note que apenas o comportamento local de uma aplicação é levado em conta ao se definir o seu germe. Ou seja, se , e e são diferentes apenas num conjunto a uma distância positiva de , então ~ , o que implica que e definem o mesmo germe.
Se , ainda denotaremos por a sua classe de equivalência em .[2]
Além disso, o espaço de germes é um espaço rico no sentido algébrico. Podemos estudá-lo e observar que ele possui em certo sentido estrutura de módulo e se relaciona fortemente com uma -álgebra comutativa.[1][2]
Definição de singularidade
Dizemos que é um ponto singular de uma aplicação diferenciável caso não tenha posto máximo, ou seja, caso a diferencial não seja nem injetora, nem sobrejetora.
Dizemos que um germe é singular caso algum representante de em seja singular.[1][2][5]
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
////// .
A ação de Einstein–Hilbert ou ação de Hilbert na relatividade geral é uma ação que torna eficiente as equações de campo de Einstein através do princípio da mínima ação. Segundo a convenção de sinal da teoria da relatividade, esta ação pode ser escrita como:[1]
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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onde é o determinante do tensor métrico, é o escalar de curvatura de Ricci, e , onde é a constante gravitacional de Newton e é a constante da velocidade da luz no vácuo. A integral é dada sobre o espaço-tempo.
Esta ação foi inicialmente proposta por David Hilbert em 1915.
Definição
A derivação de equações a partir de uma ação possui várias vantagens. Primeiro ele possibilita uma fácil unificação da teoria da relatividade geral com outras teorias de campo clássicas (como por exemplo a equações de Maxwell, que é também formulada em termos de ação. Neste processo a derivação de uma ação identifica um candidato natural para o acoplamento do termo fonte da métrica de campos. Segundo, a ação possibilita uma fácil identificação da energia conservada através teorema de Noether pelo estudo simétrico da ação.
Na relatividade geral, a ação é normalmente definida como uma função de campo e a conexão é dada pela conexão de Levi-Civita. O formalismo de Cartan da relatividade geral define a métrica e a conexão como sendo independentes, o que torna possível de se incluir campos de matéria fermiônica com spin não inteiros.
Derivação das equação de campo de Einstein
Suponha que toda ação da teoria seja dada pelo termo de Einstein-Hilbert mais um termo que descreva qualquer campo de matéria que apareça na teoria.
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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O princípio de Hamilton então indica que a variação destas ações com respeito à métrica inversa é zero, ou seja
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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Já que estas equação devem obedecer qualquer variação , isto implica que
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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é a equação de movimento para o campo métrico. O lado direito desta equação é, por definição, proporcional ao tensor de energia-momento,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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Variações do tensor de curvatura, do tensor de Ricci e do escalar de Ricci
Para calcular as variações do escalar de Ricci calcula-se primeiro a variação do tensor de curvatura e a variação do tensor de Ricci. O tensor de curvatura é definido como
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Já que o tensor de curvatura depende apenas da conexão de Levi-Civita , a variação do tensor de curvatura pode ser calculado como,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Agora temos que é a diferença de duas conexões, isto é um tensor e pode-se calcular isto como derivadas convariantes,
Observa-se agora que a expressão da variação do tensor de curvatura acima é igual à diferença de ambos os termos,
Agora pode-se obter a variação do tensor de curvatura de Ricci simplesmente pela contração dos dois índices da variação do tensor de curvatura,
O escalar de Ricci é definido como
Logo sua variação com respeito a métrica inversa é obtida por
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
Na segunda linha utilizou-se o último resultado obtido para a variação de curvatura de Ricci e a compatibilidade métrica do convariante derivativo, .
O último termo é uma derivada total e pelo teorema de Stokes obtem-se,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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Variação do determinante
A formula de Jacobi para diferenciação entre determinantes, nos dá:
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
ou pode-se transformar num sistema de coordenadas, onde é diagonal e então aplica-se o produto para se diferenciar os fatores da diagonal principal.
Então obtém-se
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
//////
e conclui-se que
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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Equação de movimento
Após se calcular todas as variações acima, pode-se inferir delas a equação de movimento para campos métricos para, obtendo-se,
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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que é a equação de campo de Einstein e
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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foi escolhida porque para limites não relativísticos ela respeita a lei da gravitação universal, onde G é a constante gravitacional.
Constante cosmológica
Algumas vezes, uma constante cosmológica A é incluída na função de Lagrange então para a nova ação
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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onde a equação de campo
equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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equação Graceli estatística tensorial quântica de campos
1 / / /
G
[DR] = .=
G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] =
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equação Graceli estatística tensorial quântica de campos 1 / / / G [DR] = .= G+ G* = = [ ] ω , , / T] / c [ [x,t] ] = |
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