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雷吉计算


雷吉计算是一种有限元方法,用于数值相对论中,尝试通过生成爱因斯坦场方程的数值解来描述具有少量或不具有对称性的时空(Khavari 2009)。它最初由意大利数学家图里奥·雷吉于 1960 年代开发(Regge 1961)。

现代对雷吉方法的探索集中在流形三角剖分上,特别是通过单纯复形对 4-黎曼和洛伦兹流形的离散近似,其中 4 维三角单形共享它们的边界四面体(即 3 维单形)以包围一块平坦的时空(Marinelli 2013)。值得注意的是,雷吉本人在更一般的意义上设计了这个框架,尽管他指出,假设三角近似不会失去这种一般性(Regge 1961)。

这项技术的优点是所涉及的结构是刚性的,因此一旦它们的长度被指定,它们就被完全确定(Khavari 2009)。另一方面,由于给定 spacetime 上的许多基本属性(例如,它的拓扑、它的度量张量、它的曲率等)取决于底层光滑性流形结构,因此这种方法本质上更困难。

直观地,粗略时空近似与底层流形的光滑性之间的差距可以通过将流形视为这些分段线性近似的极限序列来弥合;这是通过增加用于近似的低维单形的数量并通过传递到极限来完成的。考虑到这一点,通过雷吉计算研究相对论需要对所有与时空相关的结构(即,拓扑、度量张量、曲率等)进行离散化,然后可以应用一些合适的极限过程以获得其平滑版本。一个关键方面是注意到光滑流形的曲率直观地反映在任何单纯近似的 codimension-2 子单形中——在雷吉的框架内称为铰链或骨骼。 4 维单形 sigma 中的铰链是 2 维单形,例如三角形,并且铰链 t 上的曲率量由其所谓的亏格角(或亏损)epsilon_t 表示(Khavari 2009)。 epsilon_t 的正值分别表示正流形曲率和负流形曲率。从这里开始,雷吉的理论通过离散化相对论引力作用、爱因斯坦真空场方程、比安基恒等式等,以及通过将黎曼流形的离散化技术(如上所述)应用于洛伦兹流形,例如闵可夫斯基空间来发展。

自从雷吉最初的工作以来,人们发现了一些改进和扩展,包括用于计算任意离散流形的二面角和亏格角的显式算法,以及旨在考虑更高级物理现象的推广。

尽管雷吉的方法被普遍接受为一种有价值的技术,但并非没有批评者。事实上,最近的文献表明,在极限情况下,雷吉离散相对论理论出现了一些意想不到的行为(Brewin 和 Gentle)。更重要的是,该理论本身固有的各种困难已将雷吉计算降级为重新生成爱因斯坦场方程的已知解的角色,而从未将其应用于任意流形的演化行为等(Khavari 2009)。尽管雷吉计算已被确定为理解经典引力和现代量子引力模型的重要工具(Marinelli 2013),但其有用性仍未被探索(Khavari 2009)。 尽管如此,该技术在现代物理学研究中变得越来越重要,甚至在通常与相对论无关的数学领域也证明富有成效(Williams 1991)。


另请参阅

爱因斯坦场方程, 有限元方法, 四维矢量, 闵可夫斯基空间, 位置四维矢量, 黎曼流形, 单纯复形, 光滑流形

此条目由 Christopher Stover 贡献

使用 探索

参考文献

Bahr, B. 和 Dittich, B. "Regge Calculus from a New Angle." 2009. http://arxiv.org/abs/0907.4325.Brewin, L. C. 和 Gentle, A. P. "On the Convergence of Regge Calculus to General Relativity." Class. Q. Grav. 18, 517-525, 2001.Khavari, P. "Regge Calculus as a Numerical Approach to General Relativity." 2009. http://www.astro.utoronto.ca/theses/thesis09.khavari.pdf.Marinelli, D. "A Practical Look at Regge Calculus." 2013. https://fias.uni-frankfurt.de/~nicolini/slides/Marinelli.pdf.Regge, T. "General Relativity Without Coordinates." Il Nuovo Cimento XIX, 558-571, 1961.Williams, R. M. "Discrete Quantum Gravity: The Regge Calculus Approach." 1991. http://cds.cern.ch/record/230326/files/th-6236-91.pdf.

以此引用

Stover, Christopher. "雷吉计算。" 来自 Web 资源,由 Eric W. Weisstein 创建。 https://mathworld.net.cn/ReggeCalculus.html

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