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Modell des Universums mit FLRW-Metrik, Friedmann-Gleichungen


CC-BY-NC-SA 3.0

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das erste ?? uns überlegt nachdem man die Einsteinschen Feldgleichungen hat ist wie man denn nun das Universummöglichst einfach modellieren kannwenn ich ein Universum mit nur zwei Raumdimensionenhätte dann könnt ich mir zum Beispiel vorstellendass dieses Universum die Oberfläche eines Luftballons istihr Leben dann Galaxienauf der Oberfläche meines Luftballonsund der Luftballonwird größer und kleiner jemand Punkt Luft rein oder lässt Luft ab sofort wird immer kleinergleich Twitter mal größeraber diese Galaxien kleben festan ihren ursprünglichen Stellenauf dem Luftballonso etwas wäre ein Universum das räumlich geschlossen ist und im Raum eine positive Kommkatich mal das noch mal nach Art eines Minkowski Diagramms jetzt aber nur mit einer Raumdimensionkeine drei Raumdimensionenauch nicht zwei sondern eine einzige Raumdimensiondies könnte mein Raum seinzum Beispiel jetzt hier als Kreis gemalt wenn er geschlossen ist eine X Koordinate lebt also links vom Raumhierhabe ich den selben Kreis dieselbe Kreislinie sollte ich sagenmüsse kleiner ?? jährlich wieder bisschen größerund es kommt noch die Zeit dazudieser Punkt hierwürde zudem Punkt da der würde zudem Punkt hierund so weiterso könnte die Zeit verlaufenund auf dieser Seite entsprechendden ?? reicht von da nach da wenn der Luftballondas Universum schrumpft und wir gehen von da nach da wenn es wächstso soll mein Koordinaten seinin diesem Modell gibt es eine kosmologischeZeitund ich nehme an dass der Raum zu jedem Zeitpunkteigentlich gleich aussieht ?? ist Nummer größer und mal kleinerdas heißt mathematischer seits habe ich in diesen Raumrichtungenimmer dieselbe Mannigfaltigkeitaber eskaliertum irgendeinen Faktor größer oder kleiner gemachtund den Skalenfaktornennt man in diesem Spiel gerne ArA von Tder hängt von der kosmologischen Zeit ab hier ist der kleinda ist der großGeister großund die Koordinaten in Raumrichtungwill ich typischerweiseso das entsprechende Punktein diesen verschieden großen Kopien meiner Raummannigfaltigkeitdieselbe Koordinate haben die drei hier insbesondere soll dasselbe X haben sind dann mit bewegteX Koordinaten?? Punkt hier fällt quasi mit dem Universum mitdiese Koordinatenin Raumrichtungmessen also nicht direkt die üblichen Abständesondern werden mit skandiertKomma wenn Kortenetznennt sich das im englischenmit bewegte Koordinatenich zeige gleich noch das diese Bahn hier auch wirklich Geodäte sind wie sich das gehörtnun denkt man sich auswie die vier dimensionale Metrik denn aussieht für so ein Universumder metrische Tensor dafürwirklich meine Matrix sind etwas unkonventionellnotiertdie Zeilen an den Index müht die Spalten haben den Index müdeich möchte meine Zeit wirklichen Sekunden messen deshalb schreibe ich Obencequadratreinwenn ich meine Zeit in Sekunden Messe links und rechts steht die Zeiten Sekunden Malcequadratgibt eine Länge in Meter Quadrat das alles zusammenpasstZeit und Raum mischen sich nicht direkt hier stehen lauter Nullenhier in den verbleibenden drei mal drei Einträgenda soll jetzt im Endeffekt der metrische Tensor von meiner räumlichen Mannigfaltigkeitstehenmuss in etwas verzierenich muss er die Skalierung einbauen alle Längen sollen Malargerechnet werden und auch noch ein Minuszeichenweil ich ja ja die Raumzeit habe und mit plus minus minus minus Rechneralso minusund auf jeden Fall auch den metrischen Tensor jetzt von der räumlichen MannigfaltigkeitsshopAG TildeTilde wenn ich gleich für alles was mit dieser räumlichen Mannigfaltigkeitzu tun hat von diesem metrischen Tensor interessieren mich die Einträge mit den Nummern eins zwei drei jeweilsnicht null bis drei hundert eins bis dreißig habe ich hier mal G Tilde J Kund meine damit geht Tilde eins eins G Tilde eins zwei und so weiterund jetzt noch die Skalierungder metrische Tensor bestimmte das Produkt Vektor mal Vektorvektormal Vektor das heißt die Skalierung geht hier im Quadrat eindas ist mein Ansatz für den metrischen Tensorgebrauchen gleich auf das Inverse dazualso die oben Menüden kann ich dann relativ schnell hinschreibenwieder mal in dieser etwas ungewöhnlichen Notation aber das ist am einfachstenhiervon die inverse MatrixZeit und Raum mischen nicht direkt das heißthier steht einfach ein sechzig vertratund ansonsten stehen in der Notenzeileund der Notenspaltenull eins Durchcequadratnull null null null null nullvon dieser drei mal drei Matrix das inverseWeite natürlich minusA von T ist ein Skalar alsominuseins durch A von T weiter ins Quadratwie hier auch und jetzt brauche ich den inversen metrischen Tensordieser 3D Mannigfaltigkeitbeschreibt die Tildeoben JKdafürdass man metrische Tensorgenau gesagt magnetisches Tensorfeldund jetzt will ich damit in Richtung der Einsteinschen Feldgleichungenkommen was bedeuten die Einsteinschen Feldgleichungen für diesen metrischen Tensorin den Feldgleichung steht insbesondere der Ricci-Tensorich muss vom metrischen Tensor zum Ricci-Tensor kommenals Zwischenschritt braucht die Christoffel-SymbolInverse das Christoffel-Symbolmit drei Indices die zwischen eins und drei liegen also drei räumliche Indices ich schreib wieder lateinische Buchstaben statt Richtung Platz machen wir dich gerne jetzt die Raum Indices eins zwei dreinach Definitionist das ein halb maldas inverse von metrischen Tensormit diesem Index oben und jetztkontrahierteine Konsumtion aus drei Kopiendes metrischen Tensorhier hätte ich gerne Alphadieser IndexLnach K abgeleitethier hätte ich gerneKalphanach L abgeleitetund dahinten hätte ich gerne KLsowie vier vorne stehtin Richtung Alpha abgeleitetdas ?? Definition der Christoffel-Symboljetzt sehe ich aber das entwertet mit Tänzerinnen steht eins irgendwas zwei irgendwas drei irgendwasdass der null ist wenn Alpha gleich Null istdann kann ich ?? vergleichen auch gleich weglassenund zu mir hier nur über eins zwei dreimal en statt Alpha um klarzumachenich möchte nicht Allvergleich null habenund jetzt gucken wir scharf hindie oben JNJNIndices zwischen eins und dreibesteht also dieses hier minus eins sich ein Quadratmit Tischen Tensor mit Tildebei denen hierstehen Raum Ableitungenvon diesem Tal minus A Quadratdie metrischen Tensor mit Tilde des Mesaquadratminus als Quadrat hebt sich weg hier steht dasselbe als wenn ich über alle Tilde drauf setzedas heißt als wenn ich auf der räumlichen Mannigfaltigkeitrechnenhier kriege ich also die Christoffelsymboleder räumlichen Mannigfaltigkeitdirekt wieder raus weil sich dieses minus A Quadrat und das minus eins durch ein Quadrat weggebendamit habe ich jetzt alle Christoffel Symbolebei den Zahlen von eins bis drei dran stehenkönnte aber auch noch mal ?? null kriegen zum Beispiel obendie wieder von der Definitionaus G nullalpha wird das also werdendiealphaelf in Richtung Kap leitenlosgeheE K alpha EinrichtungableitenminusG KLin Richtung Alpha ableitenihr Städte Inverse Mitchell Tensor mit einer null vornedas heißt wenn Alpha gleich ein zwei drei isthäufig kein BeitragAlpha gleich null ist der spannendeihr muss ich nur Alpha gleich Null betrachtenund bekomme dann ein halbG null null ist als sechzig vertratG null LZeile null SpalteL zwischen eins und drei das ist nullhier passiert dasselbeMinuses muss sich also nach der Zeit ableitenwegen dieses sie Quadrat ist meine Exportkoordinatetatsächlich die Zeit und nicht LichtgeschwindigkeitMahlzeithier muss also nach der Zeit ableitenwas muss ich nach der Zeit ableiten ?? die KLalso minus das Quadrat von A muss sie nach der Zeit ableiten mal das KonstanteG KL mit Tildeminusund jetzt muss sich A Quadrat ableitendas macht zwei ArmarPunktschreibt das von T nicht hin und das geht Tilde bleibt stehen dass es ja zeitunabhängigwilldiese zwei und diese zwei Kammern noch streichenund wir sind mit dieser Sorte Christoffel-Symbolfährtnull könnte oben stehen sie könnte aber auch unten stehenwas ist also das Christoffel-Symboloben J unten null Lnetterweise muss ich da nicht doch L null angucken weil die Christoffel-Symbolja symmetrisch sinddas war ja die Torsionsfreiheitdas ist nach Definitioneinervom inversenmetrischen TensorJalphaund nun vom normalen metrischen Tensoralpha Lin Richtung Null ableitenplusnull Alpha Einrichtung in Abgleitenminusnull L in Richtung Alpha ableitenG oben J alpha das hatten wir oben schonda muss ich den Fall als Vergleich nur betrachten es reicht wenn ich hier die Raumindicesdurch die schreibe überall für Alpha ein ähm reindann bleibt ein halb maldie oben J ähmdas ist also minus eins sicher ?? Quadrat gibt Tilde oben J Nmuss ich nach der Zeit ableitenund zwar die unten NLhiervondie NL Komponenteminus A QuadratG Tilde NLnach der Zeit ableitenminusG TildeNLund das A Quadrat noch Dach derzeit ableiten das macht zweimal paarmal ab Punktdas ist dieser gewesenhier muss sich das Element null N habennull Nsteht nun auf jeden Fallund hätten dasselbediese zwei kann ich dagegen diese zwei kürzen das Minus geht mit dem Minus wegund eines der beiden Asiageht mit diesem A wegdann bleibteins DurchardiTilde oben J ähm A PunktG Tildeunten NLhier arbeite ich jetzt also mit dem metrischen Tensor meiner Raummannigfaltigkeitund dessen inverseneine Matrix mal ihr inversesgibt Kronecker-Deltahier steht also zum Schluss ab Punkt durch HaarPunkt durch A und jetzt Kronecker-Deltaoben J unten Loben J unten Ldas waren die beiden Möglichkeiteneine null ?? in den Indices unterzubringenes könnten aber zwei Nullen dabei seinwas ist wenn oben eine Null steht und unten eine null stehtdas brauche ich auch wieder nicht umgekehrt ausrechnenwegen der Symmetriekönnte auch L null unten stehennach Definitionein halb mal von inversen metrischen Tensor das Element nullAlphaund vom üblichen metrischen Tensoralpha L in Richtung Null ableitenplusnull alpha in Richtung L ableitenminusnull L in Richtung Alpha ableitenje null Alpha liefert aber nur dann ein Beitrag in all Vergleich nur lässt also darf ich überall das Alpha durch null ersetztwird sieht man hierZeitraumdas wird null werdenhier leite ich die Zeit Zeitkomponentealso Cequadratnach einer Raumrichtung ab eine Konstanteableiten das wird auch null werden und hinten habe ich wiederZeit und Raum gemischtauch das ist nur diese Sorte Christoffel-Symbolwird also schlicht und ergreifend Null seines gibt eine zweite Art zwei Nullen unterzubringenoben der Index dort unten die Indices null nullmacht alsodie Hälfte vom inversenmetrischen Tensor oben JalphaGalpha nur in Richtung null ableitenplusnull alphain RichtungNull ableitenminusnull null in Richtung Alpha ableitenJ ist ein Raumindexihr vorne kriege ich nur dann ein Beitrag wenn Alpha nicht nur lästige Sätze als überall alpha durch Nund summieren nur noch über die Raumrichtungenjammern geraume Zeit gemischt wird nullZeit und Raum gemischt wird nulldie Zeit Zeitkomponente?? Cequadratin Raumrichtung abgeleitet wird auch nur diese Sorte Christoffel-Symbolist auch nulldas waren alle Möglichkeiten zwei Nullen unterzubringenes fehlt doch die Variante mit drei Nullen das natürliche zu Haupt nicht überraschen was dabei rauskommen wirdnull Alpha vorne stehendie Alpha null ?? in Richtung null plus das was da steht natürlich weiter auch null null Standnull Alpha in Richtung null minus null null in Richtung Alphadiese Situationdas hatten wir hier zum letzten Mal Gibson Beitrag von Alpha gleich null ist also setz ich übernullalso lass ich hier die Zeit ZeitkomponenteSeincequadratnach der Zeit abCequadratist eine KonstanteBasis die Ableitung null und damitdieses Christoffel-Symbolgleich nulljetzt kann man sich überzeugen dass wir wirklichhomogenkoordiniert sahich mal mein Universum mal wieder nur mit einer Raumdimensionmöchte mir ein Punkt greifenund sehen wie der durch die Zeit läuftausgehend von einer RaumkoordinateX null dann hatte er mein Koordinatensystemauch hier die RaumkoordinatenX null und hierund hier?? ich möchte zeigen dass dieses tatsächlich eine Geodäte schickstoffensichtlichein zeitartigeGeodäte schön also wirklich dann die mögliche Bahn eines Teilchenses sind also möglich das Teilchen einfach mit dem Universum quasi mit gepumpt werdendie Gleichung für diesen Pfad wärezum Parameter wird es ist die Nullkomponentemeines Vatersan der Zeit T nullundeine Zeit es weiteres müssten also die Differenz in der kosmologischen Zeit entlang dieser Kurveund meine RaumkoordinatenX oben K schreibe ich mal die sollen fest sein das soll als die Raumkoordinatenmeines statt Punkt seinich möchte zeigen dass dieses hier eine Geodäte stehstich will also wissen ist die zweite Ableitungdieser Koordinatennach dem Parameterdasselbe wie minusChristoffeloben derselbe Index untenan der Stelle X von S gerechnetmal den jeweiligen Geschwindigkeitsvektoralso nur einmal abgeleitetX müdenach DSXMenünach DSwas ist die erste Ableitungwenn ich X null die Zeitkomponenteangucke ist die AbleitungeinsKonstante plus es nach es ableitenwenn ich Raumrichtungenanguckeversuche ich einen konstanten Rest abzuleiten ?? kommt null raus hier steht also Deltaoben Mühl und nulles ist eins wenn wir gleich Null ist und null sonstdas entsprechend natürlich da Delta oben ?? und nullzweite Ableitung meiner Koordinatenwenn ich Delta noch mal nach SA Pleitebekomme ich natürlich null rausstellteist eine Konstanteversicherte zum Schluss ausrechnen ist Christoffel oben Lambda unten null nullweil dieses Delta nur das Mühen gleich Null raus filtert und dieses der Eltern oder das mir gleich Null rausfiltertmich interessiert also gamma Obenlander unten null nullist das gleich Null ja das wissen wir das haben wir eben ausgerechnetdas Kammer oben lambda unten null null gleich null ist als es tatsächlich die Kadettengleichungerfülltdieses ist die Bahn eines physikalischenTeilchensist also tatsächlich vernünftigzu sagen dass die Koordinaten mit meinem Universumquasi mit gepumpt werdendass ich mir solche Kurven angucke hier entlang der kosmologischenZeitkönnte ich auch versuchen mir so eine Kurve anzuguckenentlang der Raumrichtungbei konstanter kosmologischeZeitund gucken ob ich auf diese Weise auch einige theoretische Kriegewie sieht also eine Geodäte Show ausdie in Excel startetmit dem AnfangsgeschwindigkeitsvektorVund der soll in Richtung der räumlichen Mannigfaltigkeitzeigendafür zwischen den Anfang einer Tellentwicklungdie Koordinate mit der Nummer lambda beim Parameterwertes istder Anfangswert dieser Koordinateflosses mal die entsprechende Komponente des Geschwindigkeitsvektorsminuses Quadrat halbeChristoffeloben Landeran der AnfangspositionX null schreibe ich es nicht hin und Menü und kommt zweimalder Anfangsgeschwindigkeitsvektorplus Terme höherer Ordnung ?? ich möchte untersuchen ob wirklich die Zeitkoordinateimmer auf dem Anfangswert bleibtmich interessiert also X oben null von est was ist mit der Zeitkoordinatedas ist die Zeitkoordinateam Anfanggroßder Anfangsgeschwindigkeitsvektorsoll nicht in Zeitrichtung gehen das heißt hier steht nullminus es Quadrat halbewenn der Anfangsgeschwindigkeitsvektornicht in Zeitrichtung geht heißt das ich muss hier nicht von null bis drei jeweilssummieren es reicht wenn ich von eins bis drei summieren alsoChristoffeloben nullunten JKnur die RaumrichtungenV J V K plus Terme höherer Ordnungdie Christoffel-Symboldieser Art haben wir eben aber ausgerechnetoben die Zeitrichtungunten Raumrichtungendas gibt ArmarPunkt Durchcequadratmal den metrischen Tensorder Raummannigfaltigkeitich bekomme also rausdie Zeitkoordinatezum Parameter wird esist der Anfangswert derzeit Koordinateminus es Quadrat halbeArmadaPunkt Durchcequadratund ihr steht jetzt VOB JGTilde J KV oben Kplus Termehöherer Ordnungdas hier ist ein Skalarproduktin der räumlichen Mannigfaltigkeitdas wird größer als null seinwenn V nicht der Nullvektor ist was ?? bisschen unsinnig wäredas heißt im allgemeinen wird meine Zeitkoordinatennicht konstant seinkonstanter Anteil minus etwas quadratischesund Terme höherer Ordnung?? kann sich die Situation so überlegenwie denn die Gier der Tische weglaufen würdedas ist positivA Punktist wie ich gemalt habe auch positivheißt sowieso positivich ziehe etwas abdas heißt in dieser Situation würde die Geodäte nach unten wegdriftenim allgemeinen sind diese Linien konstanter kosmologische Zeit keine Geodäte schon anders als die Linien mit konstanter Raumkoordinateschreibt die ganzen Christoffel-Symbolnoch mal hinalsnur die Raumrichtungenda krieg ich dasselbe rauswie bei der räumlichen Mannigfaltigkeitnicht oben einen Null habeund unten Raumrichtungenkomme ich aber mal ab Punktder SkalenfaktorDurchcequadratbei den metrischen Tensor der räumlichen Mannigfaltigkeitnicht unten eine Null habebekomme ich ab Punkt durch Abald älterwenn ich zwei Nullen habe egal wodann kommt immer null rausdass sie nämlich als Mehrkostenund rechne jetzt den Ricci-Tensorausden brauche ich Ihnen ein Sternchen Feldgleichungenich ?? das man den Krümmungstensorhin er oben Alpha und BetalanderMühldas ist Christoffelableitenminus das Produkt zweier Christoffel Symboleminusgegen Lander austauschenServer muss bei dem Plan stehenund bei einem von den beiden dann stehenwir wird nach Lande abgeleitetund will Beta bleiben übrigihr muss ich kontrahierenein Menü für den vorderenOrtlanderWetter für den hinterenjetzt will gegeneinander austauschenminusoben Alpha und jetzt Irland da Beta Komma mühlplusChristoffel-Symboloder obenAlphaKomma bleibt so das Menü wird zum Lander Komma bleibt stehen das Land dafür zu müde das Wetter bleibt stehenich will aber ich den Krümmungstensorsondern den Ricci-Tensoreher better Mühldas heißt ich kontrahierenhier über das Alpha das Lander mach ich zum Alpha überall hier steht AlphaalphaAlphaalphaFang waren mit Air null nulldie Zeit Zeitkomponentevom Ricci-TensorWetter ist gleich null ist gleich nullWetter ist gleich null my ist gleich null entsteht hier in Christoffel-Symbolmit zwei Indices nulldas ist null müssen schon der Pflicht rausminus?? ist gleich nulldann darf ich auch noch Alpha gleich null sein?? Telefon null alsominusChristoffel oben ähm nicht Alpha sondern nur die RaumrichtungennullGammaChristoffelKommaN habe ich geschrieben statt Alphaund Beta soll Null seindas wird aus demWetter ist gleich null my ist gleich nullwenn dann Alpha noch gleich Null wäre hätte ich hier zwei Nullen stehen brauche ich nichtKomma also nur minusChristoffelN N null in Richtung nullWetter ist gleich nullist gleich null hier steht ein Christoffel-Symbolmit zwei null der letzte Term fällt wegwenn Gamma gleich Null wäre stünde hier ein Christoffel-Symbolmit zwei Nullendas würde schon wieder wegfallen ich muss für Gamma also nur die Raumrichtungenbetrachten ?? ich habe mal Ka statt Kommaund jetzt gucken uns an was das bedeutet minus ein Christoffel-Symbolmit einer null untenab Punkt durcharmer Kronecker-Deltawar Punkt durch Parma Kronecker-Deltaoben N unten Kdieselbe Situation der A Punkt durch AKronecker-Deltaoben K unten Nminuses euch die Zeitableitungvon diesem Dingalso nach der Zeit ableitenH Punkt durch Amal Kronecker-Deltaoben ähmunten indie zweite Delta sorgte für das ich in diesem ersten Delta das K durch N ersetzen kannjetzt addiere ich hier Delta eins eins plus Delta zwei zwei plus delta drei drei S eins plus eins plus eins ist dreiE steht einfach dreisteht da hinten einfache dreimacht zusammenminusdreimalwar Punkt Quadrat durch Arquadratminus drei mal diese dreimalals Quotientenregelden Nenner Quadrierenden Zähler ableitenmal den Nenner minusden Zähler stehen lassen mal den Nenner ableitenA PunktPunkt?? habe ich minus drei mal ab Punkt quadratisch ?? Quadratund hier habe ich minus mal minus plus dreiA Punkt Mala Punkt durch ein Quadrat dassdas Feldwegdanach kann ich nur dieses A gegen eines der Aas unten kürzenund ich hab zusammen minus drei mal A zwei Punkt durch Arjetzt gucken wir unsern null K anerst Indexzeitzweite Index Raumwegen Symmetrie ist es auch gleich RK nullder erste Christoph von oben alphauntenK nullKomma alphaminus das Produkt zweier Christoffel Symboleoben Alpha Kommaunten stehtCarGammaAlpha nullminus die Ableitung eines Christoffel-Symboldes oben Alpha unten AlphaBeta ist nullist Kplus das Produkt zwei Christoffel-Symboloben Alpha Kommaunten Alpha Kommaund hier steht K nullim ersten steht schon eine null dabeideshalb häufig den Fall zu betrachten des Alpha gleich Null ist habe ich zwei Nullen und des Christoffel-Symbolwäre nurdieser Situationalso schreibe ich ?? für Alpha ein Ninteressiere nur die Raumrichtungender hinten steht schon eine Nullselbe Argumentationdieses Alpha braucht auch nur die Raumrichtungen zu durchlaufen schreibe änderedieselbe Argumentation gilt für das Gammadas gamma da oben null ist habe ich zwei null drei ?? und kein Beitrag also letztes Kammer muss nur die Raumrichtungendurchlaufen ich schreibe statt des gamma ein Jund noch mal diese Argumentationin Allvergleich null findet gleich drei Nullen also braucht Alpha nur die Raumrichtungen zu durchlaufenhier genausowenn ein Vergleich null ist in der zwei Nullen dran also nur die Raumrichtungenund für das Gamma geht das auchdas Kammergleichnisstehen dahin zwei Nullen auch für das Gamma nur die Raumrichtungendas macht jetztChristoffel-Symbolmit einer null untenhängt von der Zeit ab aber nicht vom Raumich Leid in eine Raumrichtung ab das wird null werdenminusein Christoffel-Symbolmit lauter Raumrichtungund dass wir das Christoffel-Symbolder räumlichen Mannigfaltigkeitoben N unten KJTier müsse man nachgucken?? null unten mit also A Punkt durch Amal Honeckerwar Punkt durch Amal Connect geräuchertähmminusein Christoffel-Symbolmit einer null unten diese Situationwas ich raus bekomme hängt nichtvon der Ortskoordinateab ich leite aber nach einer Ortskoordinateabes wird null werdenplusdrei räumliche Indiceswirklich auf das Christoffel-Symbol der räumlichen Mannigfaltigkeitoben enden unten in Jund hier in Christoffel-Symbolmit einer null unten sind wir hier wiederab Punkt durch Arcorneckeroben J unten KCisco Neckar Symbol sorgt dafür dass ihr vorn statt des J ein N schreiben kanndieses Konecker Symbol sorgt dafür dass ich statt des J davon ein K schreiben kannsteht hier minusChristoffel der räumlichen Mannigfaltigkeitoben ähm unten KN Mala Punkt Durchardisteht plusdas Selbedes Christoffel-Symbolist asymmetrischdas und das siebzig Wegdas heißt diese Komponenten des Ricci-Tensor sind allesamt nullmir fehlen jetzt noch die Komponenten des Ricci-Tensor Smith zwei räumlichen in DC ist Valiant zu rechnen damit man das gleich beim scrollen aussehen kannRicci-Tensor unten JK das möchte ich wissen ?? better ist gleich J ist gleich K das gibt mirChristoffelabgeleitetminus Produkt zweier Christoffelminus Christoffel abgeleitetplus Produkt zwei Christoffeloben Alpha und nach Alpha ableitenist gleichKWetter ist Weichertoben Alpha oben KommaMühl ist gleich Carwetterist gleich Joben alpha unten alphaist gleich K und beta ist gleich Joben alpha oben Kommaunten Alpha KommaW ist gleich K und better ist Weichertdas übertrage ich hier noch malso sieht das ausjetzt will ich das hier so ausbuchstabierendas ich anwenden kann was ich über die Christoffel-SymbolweißAlpha keine Freunde sich nun sein oder räumlich sein ich kriege zwei Beiträgealso einmalChristoffeloben nullKJin Richtung null ableiten ?? plusräumlichoben ähmKJ in Richtung en ableitendann habe ich den ersten in zwei Anteile gesplittetdie ich meine Tabelle lösen kannminushier einmal den Anteil mit Alpha gleich Nullalso Christoph lobend null K Komma ChristoffelKomma AlphaJund den räumlichen Anteilinversteht ein N hinschreibenKommaoben Komma noch unter das Jda steht jetzt das Gamma drin?? wenn das gamma gleich null istwerden weite Teile null weil ich dann zwei Nullen drin habe ?? das Gamma kann ich also ohne Fehler durch ein in ersetzenhier ist das anderer Geschichte Winter das Komma gleich Null ist habe ich nicht zwei Indices null dran was muss ich wieder auf trennen schreibe einmal Gamma gleich Null dranund nehme dann noch den Falldass Gamma räumlich ist dazuL schreibe ich damals statt Kommasowas hatten wir werden den ersten zersplittert in zwei werden den zweiten zersplitterten drei jetzt kommt der hierin Alpha gleich null es stehen zwei Nullen dranich kann Alpha durch N ersetzenund nur die räumlichen Richtungen zu gehenplusihr dasselbe was das Alpha angehtalso plusChristoffel oben ähm unten injetzt kann das Gamma einmal Null seinoder das Komma kann räumlich seinL schreibe ich mal dafürdann oben auch das L K Jund des Kung in der Tabelle nachwas das werden wir Gamma oben nullunten räumlichin Zeitrichtungableitender wird das werdendie in solchen Zeitrichtung ableitenArmala Punkt das einzige was von der Zeit abhängt also habe ich hier den metrischen Tensor von der räumlichen Mannigfaltigkeitjetzt mit K und JC Quadrat und ich muss aber mal ab Punkt ableiten nach der Zeit das ist derplusdas hier ist rein räumlichda bekomme ich Christoffel-Symbolvon der räumlichen Mannigfaltigkeitraus mit denselben Indicesminushier steht jetzt eine Null obenderArmadaPunkt DurchcequadratG TildeK Ndieses da steht eine Null unten das ist derA Punkt durch Ardeltaoben wenn unten Jdamit haben wir diesen hier der nächste sieht's ähnlich auseiner anderen Reihenfolge hingeschriebenminusbeim ersten steht und untenwar Punkt durch Adelta N Keine neue ObenarmadaPunkt Durchcequadratmal den metrischen Tensor der räumlichen Mannigfaltigkeitund zwar mit MJ als Indiceshier stehen jetzt nur räumliche Richtungendann krieg ich auf der Raummannigfaltigkeitdasselbe raus Klammer zu einfach die Tilde übersetzenauch hier stehen nur räumliche Richtungeneinfach die Tilde darüber?? trägt auf der räumlichen Mannigfaltigkeitrechnensteht eine null untensollten wir zuletztMartha Punkt durch AmaldeltaPunkt durch Arbeit delta oben Nunten in eine null obenmacht arm Allah Punkt Durchcequadratstehen metrischen Tensor der räumlichen MannigfaltigkeitKJund hier stehen wieder nur räumliche Richtung und ich kann einfach die Tilde darüber setzen zu sagendas rechnet einfach auf der räumlichen Mannigfaltigkeitzwar wären paar Kronecker-Deltahast du denndie werden willenlos dieses Delta sorgt dafür dass sich hier statt es in ein J schreiben kanndieses Delta sorgt dafür dass ich hier statt es in ein KHschreiben kanndieses hier ist ein Vergleich dreiFilter eins eins plus Delta zwei zwei plus der Datei dreisteht dreiund jetzt kann man zusammenfassenmickrige Christoffel-Symbolmit Tilde darüberrechnen also auf der räumlichen Mannigfaltigkeitin zwei derminus die beiden hierim Produktminus denFluss stehenund die übrigen Therme die haben alle den metrischen Tensor trennenund da vierte aber noch mit dem metrischen Tensorplusder metrische Tensor KJund die haben alle auch ein Cequadratdrinnenmal sehen was passiertAman A Punkt ableiten Produktregelgibt A Punkt Mala Punkt den ersten ableitenplus den ersten stehen lassen und den zweiten ableiten Komma da zwei Punkt das war derminuswar kürzlich gegen A hier steht A Punkt Mala PunktminusA kürzlich gegen Ar es bleibt aber Punkt mal PunktLinus A Punkt Mahler Punkt für den alsound hier kommt noch Faktor drei A kürzlich gegen Aes bleibt A Punkt Mala Punkt Plus dreimalab Punkt mal war Punkthab mal ab Punkt minus sich hebt sich wegvon den dreien sich noch ein ab das heißt hier steht ein Schnitt zweidas macht insgesamthiermit den Christoffelsymbolenauf der räumlichen Mannigfaltigkeitschickte Ricci-Tensorauf der räumlichen Mannigfaltigkeithatte Schreiber Komma erTildezwar mit den Indices JKund hier ist übrig gebliebenwar mal A zwei Punkt plus zweimalwar PunktQuadrathintenDurchcequadratmal AGdie metrischen Tensor auf der räumlichen Mannigfaltigkeitschon mal JKsieht hübsch ausdas es Jan symmetrischer Tensor und hermetische Tänzedamit haben jetzt alle Einträge in den Ricci-Tensordas Mann Stück Arbeitdiesen Ricci-Tensorwill ich jetzt in die Einsteinschen FeldgleichungeneinsetzenRicci-Tensorminusein halb KrümmungsskalarmalmetrischenTensor hier vorne der Einstein-Tensordann will ich noch die kosmologische Konstante sofort einbauenzum sein sei gleich wasist also acht die Gravitationskonstantedurch CO vier mal Energie-Impuls-Tensorin den meisten Werken sieht man das plusich rechne aber mit einem metrischen Tensor der nicht minus plus plus plus ist das machen die meisten Flächen mit einem metrischen Tensor der plus minus minus minus ist und deshalb muss da bei mir hier ein Minus stehendamit die Bedeutung von der kosmologischen Konstante dieselbe ist wie in den üblichen Textenich will wissen was passiert wenn ich meinen Ricci-Tensor hier Einsätzedazu müsste jetzt ?? den Krümmungsskalarbestimmendas wird alles etwas unübersichtliches gibt einen Trick und den groß Keller hier loszuwerdenich ziehe von beiden Seitendie halbe Spur all den metrischenTensor abdann passiert folgendes?? die rechte Seite weiß der leichter zu verstehen ist acht die Gravitationskonstantedurch zehn hoch vierThemen Menü und ich ziehe abdie halbe Spur also Toben alphaunten alphamal den metrischen Tensor G Menüversteht rechtsdas sprechende mache ich linksRicci-Tensorund jetzt die halbe Spur abziehen die Spur von Ricci-Tensor ist der Krümmungsskalarmal den metrischen Tensor das wollte ich abziehenund der zweite Textminus ein halbKrümmungsskalarmetrische Tensordavon möchte ich jetzt wieder die Hälfte Spur abziehen also plus ein viertelminus ein halb mal minus ein halbplus ein viertel Krümmungsskalardie Spur von metrischen Tensor ich bilde GEOMüll genügt das nicht anders als Kronecker-Deltaund summieren dann ist also seitens ?? Sadist vieralso mal viermal den metrischen Tensor?? durch den damit habe ich den jetzt kommt der hierminus kosmologische KonstantedieMüheund das möchte ich davon die Hälfte abziehen also plus ein halb kosmologischeKonstantedie Spur von metrischen Tensor ist vier hundert ?? gesehenmal den metrischen Tensordas kann ich ein bisschen aufräumenminus ein halbKrümmungsskalarmal metrische Tensorminus ein halb pluseinsvier durch vierdie heben sich allesamt weg das war das Ziel dieser Aktionder Krümmungsskalares ausgeflogen?? habe ich noch vier durch zwei macht oben zweidamit habe ich hier minuskosmologische Konstante magnetischer Tensorplus zweimalkosmologische Konstante mal ethischer Tensores wird alsoSchluss kosmologische Konstante magnetischerTänze und der Pflicht rausaus den Einsteinschen Feldgleichungenist damit folgendesgewordenderRicci-Tensoristdas Pflicht alles rauswas da steht acht PiGravitationskonstantedurch Lichtgeschwindigkeithoch vierEnergie-Impuls-Tensorminus ein Halbspurdes Energie-Impuls-Tensorsind die Menüund die kosmologische Konstante muss ich die Seite dann noch ab zehn mal den metrischen Tensorist es viel eleganterdie ein Chargen vergleichen in dieser Form zu lösenmuss ich nämlich gar nicht den Krümmungsskalarbestimmenbevor Sitz aber daran gehtihr den Ricci-Tensor den WM Ausgang dann wirklich einzusetzenbin ich noch weitere Annahmen einbauen über dieses Modell Universumerstenswill ich annehmen dass diese räumliche Mannigfaltigkeitdieser grob und homogen istsie soll also in allen Richtungen gleich aussehen wenn ich an irgend ein Punkt Sitzeund sie soll an allen Punkten gleich aussehendann muss deren Ricci-Tensorer Tilde JKirgend eine Zahlmal deren metrischen Tensor seinTanz ist irgend eine Richtung bevorzugtund diese Zahl Komma dann auch sofort hinschreiben das muss sein ein drittel mal den Krümmungsskalarder räumlichen Mannigfaltigkeitwarum das diese Zahl sein muss Komma ?? gucken dennwenn ich das so wähleund nun den Krümmungsskalarausrechnenhabe ich das der Krümmungsskalarder räumlichen Mannigfaltigkeitistden inversen metrischen Tensor der räumlichen Mannigfaltigkeitkontrahiert über beide Indicesmit dem Ricci-Tensorder räumlichen Mannigfaltigkeitmacht alsoden inversen metrischen Tensor und jetzt setz ich mal testweise einmalein Drittel den Krümmungsskalarmal den metrischen TensorJKder Inverse metrische Tensor mal die metrischen Tensor ist aber Kronecker-Deltasteht also Kronecker-DeltaJJmal ein Drittelden KrümmungsskalarKronecker-DeltaJJ über drei Dimensionen ist dreidurch drei es kommt wirklich der Krümmungsskalar raushier kann keine andere Zahl der vorstehendnicht das sie noch voraussetzedass meine räumliche Mannigfaltigkeitauf diese Art schön ist oder einfach istdann heißt diese Konstruktionbis hierhin die F L eher wie Metrikmetrikweil wir dieses gehe konstruiert habendieses gehe es dann die FLRW-MetrikfriedmannmetrischePromotionund Walkerdas war die eine Annahme ich möchte das diese räumliche Mannigfaltigkeitist grob und homogen istund noch eine Annahmeich möchte dass das Universumdiese räumliche Mannigfaltigkeitauch Misanthrop und homogen fülltdas ist eine Bedingung für den Energie-Impuls-Tensorder darf nichts quer laufenoder ortsabhängig seindas heißtder Energie-Impuls-Tensorder muss so aussehendas mal wieder in dieserungewöhnlichen Artin einem Initialsystemmit den üblichen Einheiten sah der Energie-Impuls-Tensorfür ein ideales Gas so aus C Quadratpround PPPdann weiter auf der Hauptdiagonalenull null null null null nullnull null Orte lauter Nullenjetzt ?? mich hier mal etwas schräge Metrikinsbesondere sicher einen Faktor C quadratischeobenin die Metrik reingebasteltin dieser Situation stetig Mitcequadratgroß sondern sie hoch vierProdie drei Nullen und die drei Nullen bleibenweil sich Raum und Zeit ja nicht so direkt mischenschön Inertialsystemmit den richtigen Einheiten steht hier PPPauf der Diagonalenhatte die drei mal drei Einheitsmatrixmal Pin meinen Koordinaten kann er sich mehr ganz hinkommenmetrische Tensor hat hier ja was anderes stehen analog muss es also bei mir stehendes ist Pmal arc vertratmal den metrischen Tensorder räumlichen Mannigfaltigkeitso jetzt kann es zurückgehenzu den Einsteinschen Feldgleichungenich kenne den Ricci-Tensorich kenne den Energie-Impuls-Tensorhier brauche ich allerdings noch die Spur vom Energie-Impuls-TensorTrick siebzehn die Spur ist ja ein Skalar die Spur kann ich auch in einem ordentlichen Koordinatensystemausrechnenich nehme nämlich den Energie-Impuls-Tensorin schönen Koordinaten wird er eben schon StandPC Quadrat rohPPPauf der Diagonalen unsers lauter Nullendas wäre der Energie-Impuls-Tensorin ein verzerrtes die mit den üblichen Einheitenmit Indices oben oder untenegalund die Spur zu bilden und sich ein Index nach unten bringenversorgten üblichen System dafür dass ich ein Minuszeichenkriege dann muss ich addieren auf der Diagonalen addieren mit anderen Worten die Spur ist sie Quattrominus drei Pdas ist CequadratPro minus drei Pund jetzt können wirloslegen ?? das erste was ihm angucke ist was passiert wenn müde und nur die beiden null sinddie Zeit Zeitkomponentedes Ricci-Tensorist die Amme im schon ausgerechnet er null nullist minus drei Ar zwei Punkt durch A das muss also werden acht Pi mal Gravitationskonstantedurch zehn hoch vierim Energie-Impuls-Tensor?? eben links oben C hoch viergroß stehenminus ein halb die Spur Warcequadratshominus drei Pund links obenim metrischen Tensor steht Cequadratund den ?? auch noch minuskosmologische Konstantelinks oben ?? metrischen Tensor steht sie Quadratihr kann man ein bisschen zusammenfassenC hoch vier Euro minusein halb C hoch vier roden habe ich also nur noch ein halbsie hoch vier Pround ?? ?? auf beiden Seiten durch minus drei liefert mirdie zweite Ableitung des kahlen Faktors durch den SkalenfaktoristMinus von minusacht Pi Gdurch C hoch vierdie drei brauche ich auch noch hier stehtein halb C hoch vier Prominus ein halb mal minus drei ?? plus drei halbeFeeMalcequadratund am Ende noch Minuslandercequadratdurch minus drei also Pluslandercequadratdurch dreidiese acht und die zwei ?? die zwei?? nicht kürzen je tausend und vier das ist weg die zumeist Weg dieses Psycho vier und das CO vier kann ich kürzenihr ABC Quadrat ich muss also noch Durchcequadratteilenund damit haben wir die zweiteFriedmann Gleichungdie erste kommt noch das ist ?? es war die zweite Friedmann Gleichung die zweite Ableitungdes Skalenfaktorsgeteilt durch den Skalenfaktorist minusvier die Gravitationskonstantedurch dreimalprodie Dichteplus drei malden Druck Durchcequadratund hinten noch Lust die kosmologischeKonstanteneunzig vertrat durch dreidas ist diezweiteFriedmann Gleichungmanchmal ?? sie einfach nur Beschleunigungsgleichungund nicht zweite Friedmann Gleichunginteressant ist das hier die Dichte unter Druck vorkommenund die kosmologische Konstanteaber sonst nichts über die räumliche Mannigfaltigkeitdie Krümmung der räumlichen Mannigfaltigkeitkommt nicht vordamit wissen wir jetzt genau dann bitte einfach links umstimmen so muss diese Gleichung die zweite Friedmann-Gleichungengeltenwas ist mit den Einträgenan der Seite und oben was ist mit Mühe gleich nullund mir gleich eins zweidreiunter natürlich genausomüde gleich eins zweidrei und my gleich Nullwerden aus Rechtes der Ricci-Tensorin dem Fall nur K gleich null ist auf der Seite steht nullversteht aber auch bei unserem Energie-Impuls-Tensornull bei den metrischen Tensor nullund als normale metrische Tensor ?? das heißt das ist geschenktdass es in jedem Fall nur gleich Nulldie Gleichungensind auf jeden Fall erfülltes bleibt der Fallin dem beide Indices räumlich sind?? ist gleich eins zwei drei und null ist gleich eins zwei dreiauf der linken Seite stehtvon dem Ricci-Tensordie JK Komponentedie habe eben ausgerechnetdas ist die Komponente JK vom Ricci-Tensor der räumlichen MannigfaltigkeitplusArmadazwei Punkt plus zweimal ab Punkt Quadrat Durchcequadratmal die JK Komponentevom metrischen Tensor der räumlichen Mannigfaltigkeitdas steht linksschreibt die rechte Seite noch mal hin mit Indices JK statt Menüauf der rechten Seite soll also stehen acht Pi mal die Gravitationskonstantedurch Lichtgeschwindigkeithoch viermaljetzt die JK Komponentevon Energie-Impuls-Tensorminus ein halb mal dessen Spuren das schwarze Quadrat mal die Dichte minusdrei Pmal den metrischen Tensor G ohne die Tildedas ist also Minusparkvertrat mal die mit der Tilde JKunddiese Klammer zuund dann steht da noch minuskosmologische Konstante malG ohne ?? Tilde also mal minus A QuadratG mit der TildeJKden Energie-Impuls-Tensorschon aus buchstabiertstand P malA QuadratG Tilde JKund den Ricci-Tensor der räumlichen Mannigfaltigkeithat mir auch schon aus buchstabiert der Standderen KrümmungsskalarDrittelmal geht Tilde JKgeht sieht man das von diesen ganzen vielen Gleichungenan dich nur eine einzige übrig bleibt ?? steht im AskalarmAG Tilde JKSkalar Merge Tilde JKSkalar Make Tilde JKSkalar Marketing RatskellerMerge Tilde JKdas heißt ich kann einfach die Ski TildeJK überall raus streichenhabe nichtsgewonnen und nichts verlorenalle diese Gleichungen werden damit jetzt zu einer einzigen Skala AngleichungnämlichKrümmungsskalarder räumlichen MannigfaltigkeitplusArmadazwei Punkt plus zwei ?? Punkt Quadrat Durchcequadratist gleichacht die Gravitationskonstantedurch zehn hoch vierAmpere hierDruck mal A Quadratminusminus?? quadratshalberich schreibe mal plus A quadratshalberMalcequadratRom minus zwei PundGlossarQuadratmal die kosmologischeKonstanterechts hat alles den Faktor A Quadrat ich teile links und rechts durch?? Quadratein Quadratund da ein ?? Quadratund sehe dass ich hier jetzt H zwei Punkt durch wardie zweite Friedmann Gleichung wieder einsetzen kannalso hier für den Talar zwei Punkt durch Awird sich diese Gleichung eindie Serie wird alsominus vier P GravitationskonstanteDrittelMal pro Plus dreimal den Druck Durchcequadratplus kosmologische Konstante C Quadratsdrittelaus der zweitenFriedmann Gleichungdas wird jetzt etwas länglichvereinfacht sich aber gleich ganz dollgroß Komma durch drei Manaquadratplusdadurch aber kürzlichwieder eins Durchcequadratmal diesen ganzen Ausdruck also nicht Soest sondernminusvier pgdurchdreiC QuadratPro plus drei P Durchcequadratdas war dieser Teileuch den nochDurchcequadratalso plus kosmologische Konstante durch dreidieser Teil zwei Mana Punkt quadratischerQuadrat sich verwahrt also plus zwei DurchcequadratA Punkt durch ein Klammern ins Quadratdamit habe ich die linke Seite gleichacht P Gravitationskonstantedurch zehn hoch viervon PC ich noch drei halbe P ab das sind also zum Schluss minus ein halb Pund dann habe ich doch Cequadrat habe mal die Dichteund hier noch einmal die kosmologische Konstantewitzigerweisefällt der Druck jetzt rausja nicht links minus vier Drittel mal drei drei kürzlich minus vier malP malendlich Konstantenauf der rechten Seite habe ich achtmalminus ein halb Mark Pgibt also auch minus vier mal P maligen Fehlkonstantendasund das gibt sich wegden Rest versuche jetzt mal zusammen zu sortierenKomma damit an zwei durch CequadratsmalaPunkt durch ?? QuadratKomma wie viel roh übrig sindvier pgund hier nutze Quadratdas wäre vier Pi GravitationskonstanteDurchcequadrathiermal ein Rohwetterselber noch durch drei geteiltdas bin ich rüberalsoSchluss Rohdritteldie Krümmung bring ich rüber auf die rechte SeiteKrümmungsskalardurch drei A Quadratund die kosmologische Konstante mich auch über ich muss also ein Drittel davon abziehen habe ich ihr nur noch zwei Drittel von der kosmologischenKonstantedas C Quadratwird man noch los ?? muss also C Quadrat hin da mussten sie Quadrat hinin der Klammer drin habe ich vier Drittel wosie ?? die zwei loswerdemit aus dieser vier eine zweiaus dieser drei wird eine sechs und diese zwei wird zur einsjetzt aber was dann aberdas machtdie Zeitableitungdes geilen Faktors durch den Skalenfaktorins Quadratist alsozweimal vier Drittel will sagen achtDrittelKlimagravitationskonstantedie Dichtedas war der erste teilminusKrümmungsskalarder räumlichen Mannigfaltigkeitmal C Quadrat durch sechs A Quadratpluskosmologische Konstante Massequadratdurch dreidamit sind wir fast am Zieles gibt noch ein Trick diese Zahl hier den Krümmungsskalarder räumlichen Mannigfaltigkeitdurch sechsdiese Zahl hier kann ich gleich einer Zeit Car nehmen und diese Zahl Kist nur einsoder null oder minus eins natürlich konstant eins oder Konstanten und ?? konstant minus einswas ich dann nur noch drei Fälle unterscheiden mussdas Gericht man den in dem man einfach den Skalenfaktorpassend wähltich gerne meine räumliche Mannigfaltigkeitso groß wählen dass deren Krümmungsskalardurch sechs gleich eins oder null oder minus eins ist räumlichen Mannigfaltigkeitwas draufskalierenoder runterskalierensodass hier tatsächlich eins oder null oder minus eins rauskommtdas heißt ich muss einfach den Skalenfaktorfür mein Universum dann entsprechend anpassendieses hier mit der Konstanten K vertretendas ist das was man üblicherweiseals die erste Friedmann Gleichung bezeichnetund ?? der zweiten Friedmann Gleichung die Krümmung nicht aufgetauchtisttaucht in der ersten Friedmann Gleichung die Krümmung auf aber netterweise nicht der Druck sondern nur die Dichteund natürlich die kosmologische Konstantedann der mir zwei gewöhnliche Differenzialgleichungendie erste und die zweite Friedmann Gleichung genau dann wenn die beiden erfüllt sinderfüllt unser einfachesUniversumdie EinsteinschenFeldgleichungender nächste Schritt wird dann sein die Lösungen dieser Friedmann Gleichung zu studieren was passiert denn mit unserem Universum bei irgendeiner Dichteirgendein Druckoder irgendein Wert der kosmologischen Konstante