Relatividad especial: ¿Por qué puede representarse este intervalo espacio-tiempo de esta manera?

El intervalo entre dos vectores se puede calcular multiplicando ambos con su tensor métrico. El tensor métrico tiene los coeficientes de la función de distancia en cualquier espacio (o espacio-tiempo). Ahora considere el espacio cartesiano normal.

la distancia [matemática] ds ^ 2 = dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2 [/ matemática]

el tensor métrico para este caso es diag (1,1,1)

entonces la cantidad [matemática] ds ^ 2 [/ matemática] es

[matemáticas] g_ {ij} dx ^ {i} dx ^ {j} [/ matemáticas]

Ahora observe que la suma doble significa que estamos sumando más de dos índices. Esto se refleja en la notación de Einstein donde tanto i como j están arriba y abajo. La notación de Einstein dice que los índices repetidos se suman, por lo que la expresión anterior significa la suma doble que viste en Schutz.

Además, aquí [math] dx ^ {i} [/ math] significa el componente i-ésimo. Entonces en nuestro caso,

[matemáticas] dx ^ 1 = dx [/ matemáticas]
[matemáticas] dx ^ 2 = dy [/ matemáticas]
[matemáticas] dx ^ 3 = dz [/ matemáticas]

Tenga en cuenta que 1,2,3 no son exponentes sino etiquetas para componentes vectoriales aquí.

Como tenemos 3 dimensiones, tanto i como j van de 1 a 3 y, por lo tanto, tendremos 9 términos en la suma.

Ahora intenta sumar las 9 combinaciones de i y j. Como todos los términos no diagonales de g son cero, quedará con

[matemáticas] g_ {11} dxdx + g_ {22} dydy + g_ {33} dzdz [/ matemáticas]

que es igual a

[matemáticas] dx ^ 2 + dy ^ 2 + dz ^ 2 [/ matemáticas] (¡Ahora aquí están al cuadrado!)

Voila! Del mismo modo, se puede calcular el intervalo para cualquier métrica complicada.

Espero que esto ayude.

Primero, tenga en cuenta que se ha vuelto mucho más general de lo que estrictamente necesita en ese momento, porque será útil más adelante. M resultará ser una matriz muy simple en el presente caso.

Segunda nota que la elegante suma doble es exactamente como se ve la multiplicación matricial de un vector. Dedique tiempo a convencerse de que si considera [math] \ Delta x [/ math] como un vector de columna de cuatro componentes, entonces la suma elegante es [math] \ Delta x ^ T \ cdot M \ cdot \ Delta x [ /matemáticas]. La suma sobre el primer índice [matemática] \ alpha [/ matemática] está haciendo la [matemática] \ Delta x ^ T \ cdot M [/ matemática] y la suma sobre el segundo índice [matemática] \ beta [/ matemática] es haciendo las [matemáticas] M \ cdot \ Delta x [/ matemáticas].