Кіріспе

Төрт нүктелік ортонормалды векторлық өрістермен үлгіленген кеңістік-уақыт. Жалпы салыстырмалылық теориясындағы кадр өрісі (тетрад немесе вирбейн деп те аталады) – бұл Лоренцтік көптүрлілікте анықталған, физикалық тұрғыдан кеңістік-уақыттың моделі ретінде қарастырылатын бір уақыт тәрізді және үш кеңістік тәрізді төрт нүктелік ортонормалды векторлық өрістер жиынтығы. Уақыт тәрізді бірлік векторлық өріс жиі символымен, ал үш кеңістік тәрізді бірлік векторлық өріс жиі символымен белгіленеді. Көптүрлілікте анықталған барлық тензорлық шамаларды кадр өрісі және оның қосарлы кофрейм өрісі арқылы өрнектеуге болады. Фреймдік өрістерді жалпы салыстырмалылық теориясына 1928 жылы Альберт Эйнштейн, ал 1929 жылы Герман Вейль енгізді. Тетрадтар үшін индекс жазу тәсілі тетрадада (индекс жазу тәсілі) түсіндіріледі.

Физикалық түсіндіру

Лоренцтік көптіктің кадрлық өрістері әрқашан берілген кеңістік-уақытта орналасқан идеалдық бақылаушылар тобына сәйкес келеді; уақыт тәрізді бірлік векторлық өрістің интегралды қисықтары осы бақылаушылардың әлем сызықтарын құрайды, ал берілген әлем сызығы бойындағы әрбір оқиғада үш кеңістіктік бірлік векторлық өріс бақылаушымен бірге жүретін кеңістіктік үштіктерді анықтайды. Бұл үштіктерді жергілікті зертханалық кадрдың кеңістіктік координаттық осьтері ретінде қарастыруға болады, бұл кадр бақылаушының әлем сызығына өте жақын жерде ғана жарамды. Жалпы алғанда, бұл бақылаушылардың әлем сызықтары уақыт тәрізді геодезиялықтар болуы міндетті емес. Егер әлем сызықтарының кез келгені геодезиялық жолдан ауытқыса, онда бақылаушыларды олардың үдеу векторының шамасына тең итеру күші бар идеалдық ракеталық қозғалтқыштарды пайдаланып үдетілетін сынақ бөлшектері ретінде қарастыруға болады. Сонымен қатар, егер біздің бақылаушымыз гидростатикалық тепе-теңдіктегі сұйықтық шаршығындағы материяның бір бөлігіне бекітілген болса, онда бұл материяның бөлігі, әдетте, сұйықтық шаршығын өзінің гравитациясына қарсы ұстап тұратын қысымның жалпы әсерінен сыртқа қарай үдетіледі. Басқа мүмкіндіктерге электровакуумдық шешімдегі еркін зарядталған сынақ бөлшегіне бекітілген бақылаушы кіреді, ол, әрине, Лоренц күшімен үдетіледі, немесе спин-спин күшімен үдетілетін айналатын сынақ бөлшегіне бекітілген бақылаушы кіреді. Фреймдердің геометриялық объектілер екенін түсіну маңызды. Яғни, векторлық өрістер (тұйық көптікте) координаттық кесте таңдауға тәуелсіз және (Лоренцтік көптікте) ортогоналдық және ұзындық ұғымдары да мағыналы. Осылайша, векторлық өрістер мен басқа геометриялық шамалар сияқты, кадрлық өрістерді әртүрлі координаттық кестелерде бейнелеуге болады. Белгілі бір фреймге қатысты тензорлық шамалардың компоненттерін есептеу әрқашан бірдей нәтижені береді, фреймді бейнелеу үшін қандай координаттық кесте қолданылса да. Бұл өрістер қисық кеңістікте Дирак теңдеуін жазу үшін қажет.

Координаттық негізбен салыстыру

Координаттық негіз векторларының ерекше қасиеті – олардың жұптық Ли жақшалары нөлге тең болады. Жергілікті тегіс аймақтардан басқа, кем дегенде, кадрдан алынған векторлық өрістердің кейбір Ли жақшалары нөлдік болмайды. Оларды есептеуге қажетті қиындықтар қабылдауға лайық, себебі кадрға қатысты тензорлық объектілердің компоненттері (бірақ координаттық негізге қатысты емес) кадрға сәйкес келетін идеалды бақылаушылар отбасының жүргізген өлшемдері арқылы тікелей түсіндіріледі. Координаттық негіз векторлары нөлдік болуы мүмкін, ал кадр векторлары үшін мұндай жағдай, анықтама бойынша, мүмкін емес.

Жалпылау

Бұл мақалада жалпы салыстырмалылық теориясына кадрларды қолдану, әсіресе олардың физикалық интерпретациясына назар аударылды. Мұнда біз жалпы ұғымды қысқаша сипаттаймыз. n өлшемді Римандық немесе псевдо-Римандық көптүрлілікте кадрлы өріс – бұл көптүрліліктің әрбір нүктесіндегі жанама кеңістіктің негізін құрайтын ортонормальдық векторлық өрістер жиынтығы. Бұл жаһандық түрде үздіріссіз болуы мүмкін, тек қана көптүрлілік параллельдендірілген жағдайда. Бұрынғыдай, кадрлар берілген координаттық негізге сәйкес анықталуы мүмкін, ал жазық емес аймақта олардың кейбір жұптық Ли жақшалары нөлдік емес болады. Шындығында, кез келген ішкі өнім кеңістігі үшін, біз ортонормальдық негіздердің барлық топтамаларынан тұратын жаңа кеңістікті анықтай аламыз. Бұл құрылысты әрбір жанама кеңістікке қолдану (псевдо)Римандық көптүрліліктің ортонормальдық кадр тобын береді, ал кадр өрісі – осы топтың қимасы болып табылады. Одан да жалпырақ айтқанда, біз кез келген векторлық топтамаға немесе тіпті кез келген негізгі талшықтық топтамаға байланысты кадр топтамаларын қарастыра аламыз. Жазу біршама күрделі болуы мүмкін, өйткені негізге қатысты индекстер мен талшыққа қатысты индекстерді ажырату қиын. Көптеген авторлар талшық бойынша индекстелген компоненттер туралы сөйлегенде ішкі компоненттерді атайды.