双宇宙宇宙学 物质、幽灵物质、天体物理学。2: 共轭稳态度规。精确解。(p4)
3)共轭标量曲率。
从一般的场方程组(1)+(2)中,我们得到:
(58)
R* = - R
在两个共轭点M和M中,分别属于褶皱F和F,标量曲率R和R*是相反的。我们将满足这一性质的几何称为共轭几何。我们可以尝试通过一个教学图像来说明这一概念。请看图1:上面是一个平滑的“正锥”,下面是平滑的“负锥”,面对面放置。平滑的正锥是由一个截断的圆锥构成,沿着一个圆连接到一个球面部分(曲率密度恒定的表面)。
图1: 共轭几何的教学图像(R = -R)*。质量M位于褶皱F中。褶皱F*是空的。
显示:一对共轭点(M, M*)。
马鞍是负曲率对应的球面部分(曲率密度恒定的表面)。一个球体的总曲率等于4π。球面的一部分的角曲率q由下式给出:
(59)
一个圆锥是一个具有集中角曲率点S的表面,对应于正的角曲率q > 0。我们按照图2来构建它。
图2: 构建一个“正锥”。
圆锥顶点处包含的角曲率的定义:如果画一个由三条测地线组成的三角形,有两种情况。如果不包含顶点,角度之和是欧几里得的π。如果包含顶点,这个和是π加上相应的点曲率q。见图3。
图3: 位于(正)圆锥顶点处的正点角曲率。
同样,我们可以构建一个“负锥”,如下所示:
图4: 构建一个“负锥” 带有位于S处的负点角曲率。
我们可以组装一组对应于基本曲率dqi的小正锥,并将它们粘合在一起。见图5。
图5: 基本正锥的集合。
角曲率是一个可加的量。如果元素数量趋于无穷大,dqi趋于零,整体物体趋于一个有限的光滑表面。在该表面的任何部分,我们都可以测量角曲率(角度dqi的总和)。我们也可以如下定义局部角曲率密度:
(60)
因此,这些连接在一起的基本正锥趋于一个具有切平面的光滑表面。如果在表面上C(M)是常数且为正,那么该表面是一个球体或球面的一部分。球面表面的角曲率密度积分给出其总曲率4π。如果C(M)为零,该表面在局部是平坦的(平面、圆锥的侧面、圆柱体等)。