窮人的微分幾何4 度規張量跟黎曼幾何
在前面我們討論平行的時候,都沒有談到向量的交角跟大小與平行的關係,因為與平面幾何的相法不同,事實上在廣義的幾何裡,平行跟交角這二個概念是互不相關的。向量的大小與交角,就是所謂的內積,可以由定義一個度規張量而得:
gij=ei.ej
對上式作d運算,可得
D(gij)=dei.ej+ei.dej=wij+wji
注意其實ei.ei=gii,但gii與gjj的作用是改變i與j指標的上下位置,所以這裡的wij跟前面的wij指標位置略有不同,ij二個指標都是下指標。
把wij分解成Gijkdxk,再把dxk移到左邊當微分算子的分母,可得
Dgij/dxk=Gijk+Gjik
所謂的黎曼幾何,就是假設平行聯絡與gij可以相容,而且空間扭量為0。
假設空間是torsion free(扭量為0), 再把上式對gik, gjk重寫一次,就可以發現
Gijk=(dgij/dxk+dgik/dxj-dgjk/dxi)/2
克里斯多符號可以由gij的微分唯一決定!
空間度規gij決定Gijk,Gijk決定曲率張量Rijkl。這是黎曼幾何的特點。