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雷吉計算


雷吉計算是一種有限元方法,用於數值相對論中,嘗試透過生成愛因斯坦場方程的數值解來描述具有少量或不具有對稱性的時空(Khavari 2009)。它最初由義大利數學家圖裡奧·雷吉於 1960 年代開發(Regge 1961)。

現代對雷吉方法的探索集中在流形三角剖分上,特別是透過單純復形對 4-黎曼和洛倫茲流形的離散近似,其中 4 維三角單形共享它們的邊界四面體(即 3 維單形)以包圍一塊平坦的時空(Marinelli 2013)。值得注意的是,雷吉本人在更一般的意義上設計了這個框架,儘管他指出,假設三角近似不會失去這種一般性(Regge 1961)。

這項技術的優點是所涉及的結構是剛性的,因此一旦它們的長度被指定,它們就被完全確定(Khavari 2009)。另一方面,由於給定 spacetime 上的許多基本屬性(例如,它的拓撲、它的度量張量、它的曲率等)取決於底層光滑性流形結構,因此這種方法本質上更困難。

直觀地,粗略時空近似與底層流形的光滑性之間的差距可以透過將流形視為這些分段線性近似的極限序列來彌合;這是透過增加用於近似的低維單形的數量並透過傳遞到極限來完成的。考慮到這一點,透過雷吉計算研究相對論需要對所有與時空相關的結構(即,拓撲、度量張量、曲率等)進行離散化,然後可以應用一些合適的極限過程以獲得其平滑版本。一個關鍵方面是注意到光滑流形的曲率直觀地反映在任何單純近似的 codimension-2 子單形中——在雷吉的框架內稱為鉸鏈或骨骼。 4 維單形 sigma 中的鉸鏈是 2 維單形,例如三角形,並且鉸鏈 t 上的曲率量由其所謂的虧格角(或虧損)epsilon_t 表示(Khavari 2009)。 epsilon_t 的正值分別表示正流形曲率和負流形曲率。從這裡開始,雷吉的理論透過離散化相對論引力作用、愛因斯坦真空場方程、比安基恆等式等,以及透過將黎曼流形的離散化技術(如上所述)應用於洛倫茲流形,例如閔可夫斯基空間來發展。

自從雷吉最初的工作以來,人們發現了一些改進和擴充套件,包括用於計算任意離散流形的二面角和虧格角的顯式演算法,以及旨在考慮更高階物理現象的推廣。

儘管雷吉的方法被普遍接受為一種有價值的技術,但並非沒有批評者。事實上,最近的文獻表明,在極限情況下,雷吉離散相對論理論出現了一些意想不到的行為(Brewin 和 Gentle)。更重要的是,該理論本身固有的各種困難已將雷吉計算降級為重新生成愛因斯坦場方程的已知解的角色,而從未將其應用於任意流形的演化行為等(Khavari 2009)。儘管雷吉計算已被確定為理解經典引力和現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)。 儘管如此,該技術在現代物理學研究中變得越來越重要,甚至在通常與相對論無關的數學領域也證明富有成效(Williams 1991)。


另請參閱

愛因斯坦場方程, 有限元方法, 四維向量, 閔可夫斯基空間, 位置四維向量, 黎曼流形, 單純復形, 光滑流形

此條目由 Christopher Stover 貢獻

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參考文獻

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. "雷吉計算。" 來自 Web 資源,由 Eric W. Weisstein 建立。 https://mathworld.tw/ReggeCalculus.html

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