Bruker:Phidus/sandkasse-23

Tidsdilatasjon

Riemanns differensialgeometri

Darboux frame

  • Fransk WP, Repère de Darboux, her skilles klart ut at disse bare finnes på flater, og ikke for kurver som kan man få inntrykk av på andre wikis. Etter å ha skrevet om krumning i Riemann rom med ortonormerte former.

Lie derivative

  • H.W. Guggenheimer, Differential Geometry], book in Oslo with Lie derivatives and Darboux frames on surfaces like Frenet frames along curves and Cartan frames in Riemann spaces.
  • Tysk WP, Lie-Ableitung wo
,

using pullback.

Kanalflate

Dupins syklide

  • Tysk WP, Dupinsche Zyklide, good and gives Dupin's definition based on the three fixed spheres.

Laplace-ligning

Kuleflatefunksjoner

Ukrainsk WP.
Voorstelling van het reëel deel van de sferische harmonieken voor parameterwaarden (l,m) = (0,0) en met (3,3)

Sfærisk harmoniske funksjoner som ofte omtales som kuleflatefunksjoner, er i stor grad bygget opp av assosierte Legendre-polynom. Den vanligste definisjonen som blir brukt i kvantemekanikken, er

Disse funksjonene er komplekse. Med de konvensjonene som er benyttet her, er

Som funksjoner av kuleflatekoordinatene (θ,φ) gir de direkte den romlige fordeling av elektronene i et atom som beskrevet av Schrödinger-ligningen. Det fører til å innordne elektronene i forskjellige elektronskall som i stor grad bestemmer deres kjemiske egenskaper.

Referanser


Litteratur om tidevann

  • Se tilsvarende seksjon i elektrostatikk
  • Gravitasjonspotensial i kvanteteori.
  • Fransk WP inneholder litt ganske mye multipolutvikling
  • Kanskje ta med her potensialet fra en axisymmetrisk massefordeling og Legendre-polynom som finnes på engelsk WP. Også ta med historien om Laplace som innførte det, og Laplace-ligningen.
  • Multipole expansion and MacCullach's formula also presented in fransk WP with Legendre expansion

John Wallis

Kilder Newton skallteorem

For bevis ved direkte integrasjon, se Pollack & Stump book on EM, p.53. Purcell book on EM in Berkeley series has on p. 27, saying that the proof he finally published in 1686 had delayed his theory of gravitation with almost 20 years.

Newton's "superb theorem" for the gravitational inverse-square-law force states that a spherically symmetric mass distribution attracts a body outside as if the entire mass were concentrated at the center. This theorem is crucial for Newton's comparison of the Moon's orbit with terrestrial gravity (the fall of an apple), which is evidence for the inverse-square-law. Newton's geometric proof in the Principia "must have left its readers in helpless wonder" according to S. Chandrasekhar and J.E. Littlewood. In this paper we give an elementary geometric proof, which is much simpler than Newton's geometric proof and more elementary than proofs using calculus.

Newton's superb theorem: An elementary geometric proof (PDF Download Available). Available from: https://www.researchgate.net/publication/221660870_Newton%27s_superb_theorem_An_elementary_geometric_proof [accessed Sep 29, 2017].

Litteratur on gravity, shape of Earth and multipole expansions

  • C.M. Hirata, Caltech, Reissner-Nordstrøm BH, lecture 25 in long series of lectures at Caltech.
  • Chris Hirata, Caltech, Ph 236: General Relativity, Caltech lecture series following MTW
  • P. Jerstad og B. Sletbak, Rom Stoff Tid, 3FY, J.W. Cappelens Forlag, Oslo (1998). ISBN 82-02-17155-5.
  • D. Isaachsen, Lærebok i Fysikk for Realgymnaset, H. Aschehoug & Co, Oslo (1958).

Legendre sources

Legendre-polynom

Brukbare figurer

Masse ligger i ro i system som akselereres oppover. alakakak gfddyyu

When analysed in a rotating reference frame of the planet, centrifugal force causes rotating planets to assume the shape of an oblate spheroid.
Gravitation im Erdinnern nach dem seismischen PREM-Erdmodell, sowie Näherungen durch konstante und linear nach innen zunehmende Gesteinsdichte zum Vergleich. Tysk WP om Schwerefeld

Gravitasjonskilder

  • Newtons gravitasjonslov. Lag ny side Newtons skallteorem a la engelsk WP Shell theorem.
  • Må også flytte på Newtons lov om universell gravitasjon som allerede er omdirigert til tyngdekraft.
  • Kilogram er velskrevet og inneholder ny def basert på Plancks konstant. Nevner også Kibble-vekt
  • Tyngde, tyngdekraft og fiktiv kraft. Kanskje i stedet skrive om treghetskraft.
  • SNL, gravitasjon hvor det starter ut med å skille mellom tyngdekraft og gravitasjonskraft. Her er også fornuftig beskrivelse av tyngdefelt.
  • Gravitasjonsfelt og tyngdeakselerasjon kan evt. slås sammen. Måling av g i gravimetri.
  • Gravitasjonspotensial og gravitasjonsfelt
  • Tyngdekraft som er omdirigert fra gravitasjon. Dette må omgjøres. Se også tyngde og tyngdeakselerasjon. Skal tyngdeakselerasjon g settes lik tyngdefeltet = gravitasjonsfelt som på tysk WP hvor det heter Schwerefeld? Bedre kanskje å innføre i Newtonsk teori gravitasjonsfelt som gradient av gravitasjonspotensialet, igjen som på tysk WP? Tyngdefeltet g får da generelt også bidrag fra akselerasjon. Også tenk på vekt og på engelsk WP weight som er viktig. Verdien for g på Jorden beregnet fra dens masse M og radius R, er gjort på italiensk WP. I artikkelen om tyngdekraft kan ta med Newtons argument med eple og måne a la boken til Cohen.
  • Engelsk WP, Accelerated reference frame.
  • Roterende referansesystem som gir utledning av sentrifugalkraften. I denne sammenhengen opptrer Euler-kraft som er omtalt på tysk WP. Ble innført av Lanczos i 1949 i sin bok om variasjonsregning: The variational principles of mechanics, University of Toronto Press 1949, p. 103: This third apparent force has no universally accepted name. The author likes to call it the Euler force in view of the outstanding investigations of Euler in this subject.
  • Sentripetalakselerasjon er en vektor som sier hvordan hastigheten v forandrer seg. I to dimensjoner kan akselerasjonen a dekomponeres på to, gjensidig ortogonale vektorer. For vilkårlig bevegelse mest generelt å benytte tangentvector t og normalvektor n. Da er sentripetal akselerasjon gitt ved v2/ρ hvor ρ er krumningsradius til kurven, som vist av fisicalab. Eller hvis man bruker 2-dim polarkoordinater r og θ som gjort i MIT forelesning, så er en komponent av a langs er og en langs eθ. Den første av disse inneholder v2/r som er den vanlige definisjonen. Grunnen er at den er forårsaket av en kraft som virker langs r, det vil si en sentralkraft som gravitasjon. Og det heter jo sentripetalakselerasjon, det vil si peker mot sentrum.
  • Fitzpatrick, U Texas, Rotating reference frames, excellent

Gravity sources

  • Konvensjoner kan finnes på tysk WP
Déformation d'un anneau de particules au passage d'une onde gravitationnelle polarisée "+", dans le plan du front de l'onde.
Déformation d'un anneau de particules au passage d'une onde gravitationnelle polarisée "x", dans le plan du front de l'onde.
Ein loddsnor zeigt die Richtung des Schwerefeldes an. Denne loddsnoren kunne brukes i en artikkel om tyngdekraften.

Einsteins feltligning # # #

The curvature of spacetime around the source of the gravitational force

Kosmologi

Bør ta med før kosmologi en oppsummering av tester av GR, inkludert Shapiros tidsforsinkelse eller Shapiro-forsinkelse

Die kontemplative Betrachtung der Natur und insbesondere des Kosmos war in der griechischen Kultur beispielgebend für den Bios theoretikos. - C. Flammarion, Holzschnitt, Paris 1888, Kolorit : Heikenwaelder Hugo, Wien 1998

Utvid kosmologi, så skriv mer teknisk om Fysikalsk kosmologi eller kanskje bedre Kosmologisk fysikk a la Physical Cosmology på engelsk WP og mange andre språk. Likedan skriv ny side Relativistisk kosmologi som en parallell til Friedmann-Lemaître–Robertson–Walker metric på engelsk WP og andre språk. Møllers bok inneholder mye bra om Einsteins Univers som kan være både elliptisk og sfærisk.

Relativistisk kosmologi

Kosmologisk fysikk

Gravitasjonsstråling

  • GENI, Sven Jesperson Ravndal
  • S. Weinberg, Gravitation and Cosmology, John Wiley & Sons, New York (1972). ISBN 0-471-92567-5.
  • C. Møller, The Theory of Relativity, Oxford University Press, England (1960).

Riemann normal coordinates

  • Legg merke til at geodetiske koordinater er omdirigert til geografiske koordinater
  • Ifølge MTW p. 286 er normalkoordinater alltid slike hvor Christoffel-symbolene er null i et punkt. Men dette kan gi opphav til mange forskjellige koordinatsystem. Det som er spesielt med riemannske normalkoordinater (som også kalles geodetiske koordinater) er at neste, høyere ordens ledd kan beregnes og er gitt ved Riemanns krumningstensor.
  • Blau, p. 67 takes as simplest example polar coordinates in 2-dim. Geodesics through given point are radial lines, two of which can be taken as riemannske normalkoordinater når de står normal på hverandre.
  • Weinberg in his Cosmology book writes on p. 340 that metrics of the form are in Gaussiske normalkoordinater. Det vil si også free-falling Robertson-Walker koordinater omtalt på side 413.
  • As discussed in Blau p.71, for the metric the curves are geodesics, i.e. also for Robertson-Walker.
  • Blau p. 94 viser hvordan man kan lage riemannske normalkoordinater på nordpolen til en kuleflate.
  • L. Brewin, Monash, Riemann Normal Coordinates, excellent with detailed derivation of Riemann correction from his Habil. Vorlesung 1854. Stored in Oslo WikiWorks.
  • Svante Jansson, Uppsala, Riemann Geometry and Maps, lots of applications. Stored in Oslo WikiWorks as RiemannGeometry-maps.
  • NN, Normal Coordinates, very nice as mathematicians do it! Stored in Oslo WikiWorks as Normal Coordinates. This is part of Lectures on Riemannian Geometry which are very nice, similar to MTW.
  • Student NTNU, Geodesics on Surfaces, detailed calculations, also normal coordinates.
  • Mathoverflow, Riemann's formula for the metric in a normal neighbourhood, historical background and sensible discussion.
  • L.P. Eisenhardt (1926), Riemannian Geometry, original book! Riemannian, normal and geodesic coordinates p. 53.
  • Hvis hvordan kan lage generell, kovariant fysikk fra lokalt Minkowski-rom. Erstatte partialderiverte med kovariant deriverte.
  • Skill mellom lokalt Minkowski-rom med normale koordinater i et lite område og ortogonal basis som bare gjelder i et punkt og er karakterisert med latinske indekser. Godt fremstilt hos Carroll.
  • Mathpages, Riemann coordinates where Riemann normal coordinates are calculated for a 2-dim example. Understanding this, everything should be clear! This is part of very interesting book on Relativity
  • Mathpages, Discussion of equivalence principle and Riemann normal coordinates
  • Blau, GR lectures, contains everything. Redshift good discussed pp. 85, Riemann normal coordinates in Sections 2.11 and 7.9. Examples are θ and φ on spherical surface, Robertson-Walker coordinates where each observer follows geodesic. Also maximal symmetric spaces, Schwarzschild metric and Christoffel symbols calculated pp 400 etc, also done in Weinberg...... Stored in WikiWorks as GR-Blau and Dropbox..
  • Engelsk WP, Normal coordinates, also discusses generalized spherical coordinates in given point.
  • Tysk WP, Riemannsche Normalkoordinaten shows that metric in local region takes form (Riemann 1854)

Kilder generell relativitetsteori # # #

Med overgang far lokal, flat elevator til generelt koordinatsystem. Også geodet fra kovariant Lagrange-funksjon.

Rødforskyvning

Schematic representation of the gravitational redshift of a light wave escaping from the surface of a massive body

Utvid rødforskyvning. Engelsk WP er meget detaljert. Forbind med tidsdilatasjon hvor kan ta med GPS-effekter som på engelsk WP Relativistic corrections

Kosmologi # # # # # #

Entropy of Universe

Må etterhvert skrive om gravitasjonell tidsdilatasjon, gravitasjonell rødforskyvning ( i samme artikkel?), gravitasjonell lysavbøyning

The perihelion precession of Mercury
Todimensjonell visualisering av romtid-forstyrringa fra et massivt legeme. Materiens nærvær endrer romtidas geometri.

De Sitters univers

GR conventions

Einstein 1920 in U. Berlin office

Postive or Feynman metric with as in Robertson-Noonan book, but even more identical to mine in Bergström-Goobar book. From the NR metric on p.231 Robertson calculates Christoffel-symbols and Riemann tensor. This is defined as in my old Notes and in tensor article. His results is given by

Then for leading component of Ricci tensor defines by , i.e. with penultimate contraction as in old Notes, I get

exactly as found there! Thus Einstein eq. becomes

just as I wanted. Robertson's values for the components of his Einstein tensor have therefore opposite signs from mine.

Bertschinger MIT calculates Ricci tensor for metric in weak-field limit on form

and even with non-diagonal terms. Dropping these and assuming no time dependence, then he finds

So when Φ = Ψ, then Rij = δij ∇2 Φ

Bertschinger writes on pp 7-8 that although the motion of non-relativistic particles depend only on h00, i.e. Φ, the non-relativistic equation for gravitational field (Poisson equation) depends on hij, i.e. Ψ. Interesting.

Jepsen and GR sources

Ricci tensor can have different signs depending on how it is defined. In my old notes I defined it as contraction of upper index with penultimate lower index of Riemann tensor as MTW. This will also give different signs in Einstein equation E = 8πGT. I should use plus on RHS. While Robertson in his book defines Ricci with ultimate contraction, he gets a minus in the Einstein equation. But Poul Olesen which uses same metric, but penultimate contraction for Ricci, also gets a minus sign. Here must be a problem? No, his Riemann tensor is defined by opposite sign from all others!

Norsk Fysisk Selskap

Norsk Fysisk Selskap dannet i 1953 basert på Fysikkforeningen som igjen var dannet i 1938 av professorer og studenter ved UiO.Jørg Tofte Jebsen, Harald Schjelderup og Ole Colbjørnsen

Jebsen refs

Janos Bolyai

János Bolyai (født 15. desember 1802, død 27. januar 1860) var en ungarsk matematiker, best kjent for sine arbeider innenfor ikke-euklidsk geometri. I ikke-euklidske geometrier forkaster man eller forsøker å finne andre alternative formuleringer av Euklids parallellaksiom.

Bolyai ble født i Kolozsvár i Transilvania (i dag Cluj-Napoca, Romania), og han var sønn av matematikeren Farkas Bolyai.

  • MacTutor, Janos Bolyai bio
  • George Bruce Halsted: Bolyai Farkas. Wolfang Bolyai., The American Mathematical Monthly 3, Januar 1896, S. 1–5 (englisch; mit Bild)

Farkas Bolyai

Farkas Bolyai (født 9. februar 1775, død 20. november 1856) var en ungarsk matematiker. På tysk er han kjent som Wolgang Bolyai. Han var studiekamerat og barndomsvenn av Carl Friedrich Gauss, og han er mest kjent for sin brevveksling med Gauss. Bolyai egnet store deler av livet til undersøkelser av geometriens grunnlag. Han var far til János Bolyai.

Litteratur

  • B. O'Neill, Elementary Differential Geometry, Academic Press, New York (1966). ISBN 0-12-088735-5.
  • E. Kreyzig, Differential Geometry, Dover Publications, New York (1991). ISBN 0-486-66721-9.

Eksterne lenker

August Kundt

Kart og avbildninger

Kart over Nordpolen i gnomonisk kart-projeksjon.

Hyperbolske modeller

Beltrami-Klein-modellen

Gjennom et vilkårlig punkt P går det nøyaktig to linjer som er parallelle med linjen a, men uendelig mange ultraparallelle.l

Poincaré-modellen

Hyperboloidemodellen

Referanser


Hyperbolic geometry sources

  1. # # # # # #

Hyperbolsk vinkel

Paraboloide

Finnes allrede på nn. Se Alfred Gray lectures no. 12 (Desktop i Oslo) for differensialgeometri på dem. Katenoide hovedkrumninger er regnet ut i Alfred Gray lecture 15.

The presentation below largely follows Gauss, but with important later contributions from other geometers. For a time Gauss was Cartographer to George III of Great Britain and Hanover; this royal patronage could explain why these papers contain practical calculations of the curvature of the earth based purely on measurements on the surface of the planet.

Riemanns differensialgeometri

Omtrent som det ble gjort historisk og fremstilt av Einstein 1916, Eddington, Weyl og mange andre. Riemannsk geometri kan gjøres ved å legge mangfoldigheten inn i høyere dimensjonalt euklidsk rom. Se engelsk Wikipedia Engelsk Wikipedia, Covariant derivative. Hvem gjorde dette først?

Bianchi var professor i Scuola Superore i Pisa hele livet. 1886 publiserte han den viktige boken Lezioni di Geometria Differenziale hvor ordet differesiell geometri ble brukt for første gang. I boken til Frè er også bidrag fra fransk matematikk og spesielt Cartans formalisme med moving frames. Også en del historie om Riemann i Stillwell History of Mathematics hvor det fortelles at Riemann var mye i Italia pga. sin sykdom. I Pisa møtte han Betti og hans elever, inkludert Bianchi, Ricci og Beltrami.

GR og differensialgeometri

Må først skrive om ytreprodukt (eller kileprodukt) og ytrederivasjon.

Mer moderne fremstilling med nablas, tangentvektorer som operatorer etc etc a la MTW. Også føger artikkel om differensielle former, med vekt på 3-dim, og kanskje også anvendt i 4-dim i forrige arikkel om differensialgeometri. Men kan kanskje også gjenta flategeometri med differensiell former som i Lecture 4 under Differensielle former i folder Curves and Surfaces på Desktop i Oslo. Også Lecture 2 i samme folder meget nytting om moving frames repere mobile på flate.

Skriv om geometri a la MTW: dP = dxμeμmangfoldigheter.Very nice summary of Riemannian geometry in modern notation to be found in

Litteratur

  • M.L. Boas, Mathematical Methods in the Physical Sciences, John Wiley & Sons, New York (1983). ISBN 0-471-04409-1.

Eksterne lenker

Differensialgeometri

Fint gjort i O'Neill med bruk av mobile aksekors. Skriv om geometri a la MTW: dP = dxμeμmangfoldigheter.Very nice summary of Riemannian geometry in modern notation to be found in

Bernhard Riemann

Bernhard Riemann.

Georg Friedrich Bernhard Riemann (født 17. november 1826, død 20. juli 1866) var en tysk matematiker som leverte viktige bidrag til matematisk analyse og differensialgeometri. Noen av hans oppdagelser banet veien for den senere utviklingen av generell relativitet. Riemann var en av de mest innflytelsesrike matematikerne på midten av 1800-tallet, og selv om han publiserte lite åpnet han veien til nye områder av matematikken ved å kombinere analyse og geometri.

  • J. Stillwell, Mathematics and its History has useful Riemann biography.
  • Morris Kline, volume III has very good description of Riemann and his works and thinking about Riemannian Geometry.

Se også

Eksterne lenker

References relativity

Geodetisk kurve

Geodetiske kurver på en ellipsoide med tre ulike akser.

Geodetisk kurve kalles den korteste linjen som forbinder to punkt. Navnet oppsto i geodesien som omhandler målinger av avstander på Jordens overflate. Her er en geodetisk kurve en del av en storsirkel. I et euklidsk rom eller flate er de geodetiske kurvene rette linjestykker.

Beregning av geodetiske kurver er mulig når metrikken eller avstanden mellom forskjellige punkt er kjent. De kan derfor finnes i metriske rom av hvilke det euklidske rom er det mest vanlige eksempel. Av stor betydning har også geodetiske kurver i rom med Riemannsk geometri. Her er metrikken gitt ved en tensor som gir avstanden mellom nærliggende punkt. I slike rom spiller geodetiske kurver den samme, sentrale rolle som rette linjer gjør i euklidsk geometri.

Einstein viste med sin generelle relativitetsteori at det firedimensjonale tidrommet omkring oss samt hele Universet er krummet på grunn av masse og energi på en slik måte at det må beskrives ved Riemannsk geometri. Lys og frie partikler vil da bevege seg langs geodetiske kurver som før Einstein ble forklart ved at de ble påvirket av gravitasjonskrefter.

Geodetisk ligning

Når flaten eller rommet under betraktning har en metrisk tensor gμν i et visst krumlinjet koordinatsystem, er avstanden ds mellom to nærliggende punkter xμ og xμ + dxμ gitt ved

Her benyttes Einsteins summekonvensjon hvor man for hver indeks som oppter dobbelt, summerer over alle rommets dimensjoner.


Utvide koordinatsystem med krumlinjete koordinater i euklidsk rom.


Se den finske versjonen Geodetics som også har interessante figurer. Oversett!! Men også den italienske er nyttig og forklarer hvorfor kan bruke variasjon av kvadrert action. Also very useful in en Wikipedia Geodesics in GR. Simple derivation can be found in Derivation of geodesic equation.

En termes mathématiques, ceci s'exprime de la manière suivante, avec la courbe paramétrée représentant la géodésique et en notant par

le vecteur tangent à la courbe (le vecteur vitesse si on identifie avec le temps dans le référentiel du voyageur) dans le référentiel correspondant aux coordonnées

où ∇ est la connexion de Levi-Civita sur (équivalente à la dérivée covariante).

À partir de cette définition et de l'expression des composantes de la connexion de Levi-Civita, on obtient l'équation des géodésiques :

Litteratur

  • T.J. Willmore, An Introduction to Differential Geometry, Clarendon Press, Oxford (1959). ISBN 0-486-48618-4.
  • E. Kreyzig, Differential Geometry, Dover Publications, New York (1991). ISBN 0-486-66721-9.

Covariant derivative

Sirkelinversjon

Morris Kline, Volume III gives inversion is a circle as simplest example of birational transformation. This is again a special case of a Cremona transformation which corresponds to Möbius transformation of complex plane.