Кіріспе
кеңістік-уақыт симметриялары – кеңістік-уақыттың белгілі бір симметрия түрін көрсететін қасиеттері. Физикада симметрияның маңызы көптеген мәселелерді шешуді жеңілдетуде. Кеністік-уақыт симметриялары Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясының өріс теңдеулерінің нақты шешімдерін зерттеу үшін қолданылады. Кеністік-уақыт симметриялары ішкі симметриялардан ажыратылады.
Spacetime symmetries are features of spacetime that can be described as exhibiting some form of symmetry. The role of symmetry in physics is important in simplifying solutions to many problems. Spacetime symmetries are used in the study of exact solutions of Einstein's field equations of general relativity. Spacetime symmetries are distinguished from internal symmetries.
Материялық симметрия
Симметрияның аз танымал түрі энергия-импульс тензорын сақтайтын векторлық өрістерге қатысты. Бұлар әртүрліше материялық коллинеациялар немесе материялық симметриялар деп аталады және былай анықталады: мұнда T – ковариантты энергия-импульс тензоры. Геометрия мен физика арасындағы тығыз байланыс осы жерде айқынды болуы мүмкін, себебі Х векторлық өрісі Х-тің ағын сызықтары бойында белгілі бір физикалық шамаларды сақтайды, бұл кез келген екі бақылаушы үшін орындалады. Осыған байланысты, кез келген Киллинг векторлық өрісі материялық коллинеация болып табылады (Айнштейннің өріс теңдеулері бойынша, космологиялық тұрақтысымен немесе онсыз). Демек, EFE шешімі болғанда, метриканы сақтайтын векторлық өріс міндетті түрде сәйкес энергия-импульс тензорын сақтайды. Егер энергия-импульс тензоры кемел сұйықтықты көрсетсе, кез келген Киллинг векторлық өрісі энергия тығыздығын, қысымды және сұйықтық ағынының векторлық өрісін сақтайды. Егер энергия-импульс тензоры электромагниттік өрісті көрсетсе, Киллинг векторлық өрісі міндетті түрде электр және магниттік өрістерді сақтамайды.
where T is the covariant energy–momentum tensor. The intimate relation between geometry and physics may be highlighted here, as the vector field X is regarded as preserving certain physical quantities along the flow lines of X, this being true for any two observers. In connection with this, it may be shown that every Killing vector field is a matter collineation (by the Einstein field equations, with or without cosmological constant). Thus, given a solution of the EFE, a vector field that preserves the metric necessarily preserves the corresponding energy–momentum tensor. When the energy–momentum tensor represents a perfect fluid, every Killing vector field preserves the energy density, pressure and the fluid flow vector field. When the energy–momentum tensor represents an electromagnetic field, a Killing vector field does not necessarily preserve the electric and magnetic fields.
Қолданбалар
Мақаланың басында айтылғандай, осы симметриялардың негізгі қолданылуы жалпы салыстырмалылық теориясында болады, онда Эйнштейн теңдеулерінің шешімдері кеңістік-уақытқа белгілі бір симметрияларды қою арқылы жіктеледі.
Уақыт кеңістігінің жіктелуі
ЭФЭ шешімдерін жіктеу жалпы салыстырмалылық теориясын зерттеудің маңызды бөлігін құрайды. Уақыт-кеңістікті жіктеудің әртүрлі тәсілдері, соның ішінде энергия-импульс тензорының Сегре жіктемесін немесе Вейль тензорының Петров жіктемесін қолдану, көптеген зерттеушілер, әсіресе Стефани және авторлар (2003) тарапынан кеңінен зерттелді. Олар симметрия векторлық өрістерін (әсіресе Киллинг және гомотетикалық симметрияларды) пайдалана отырып уақыт-кеңістікті жіктеуді де қарастырады. Мысалы, Киллинг векторлық өрістерін уақыт-кеңістікті жіктеу үшін қолдануға болады, себебі уақыт-кеңістікте болуы мүмкін жаһандық, тегіс Киллинг векторлық өрістерінің саны шектеулі (төрт өлшемді уақыт-кеңістіктер үшін ең көп саны он). Жалпы айтқанда, уақыт-кеңістіктегі симметрия векторлық өрістер алгебрасының өлшемі неғұрлым жоғары болса, уақыт-кеңістік соғұрлым көп симметрияға ие. Мысалы, Шварцшильд шешімі төрт өлшемді Киллинг алгебрасына ие (үш кеңістіктік айналу векторлық өрісі және бір уақыт аудармасы), ал Фридманн – Лемайтр – Робертсон – Уокер метрикасы (Эйнштейннің статикалық жағдайын қоспағанда) алты өлшемді Киллинг алгебрасына ие (үш аударма және үш айналыс). Эйнштейннің статикалық метрикасының Киллинг алгебрасы жеті өлшемді (алдыңғы алты және бір уақыт аудармасы). Белгілі бір симметрия векторлық өрісіне ие уақыт-кеңістік, уақыт-кеңістікке шектеулер қоя алады.