IT ENCYKLOPEDIE

Tato stránka je pouze pro čtení. Můžete si pouze prohlédnout zdrojový kód, ale ne ho měnit. Zeptejte se správce, pokud si myslíte, že něco není v pořádku.
====== Riemannův tenzor křivosti: Matematické srdce zakřiveného prostoru ======

**Riemannův tenzor křivosti** (často zkráceně jen Riemannův tenzor) je komplexní matematický objekt, který nám přesně a kvantitativně říká, jak moc a jakým způsobem je daný prostor (nebo časoprostor) zakřivený. 

Představ si, že jsi mravenec pohybující se po povrchu jablka. Z tvého pohledu se povrch zdá lokálně plochý, ale jakmile začneš cestovat na větší vzdálenosti, pravidla klasické (Euklidovské) geometrie přestanou platit. Riemannův tenzor je nástroj, který tomuto mravenci umožňuje z čistě lokálních měření zjistit, na jakém tvaru se vlastně nachází.

===== Jak křivost vlastně měříme? (Paralelní přenos) =====

Základní myšlenka Riemannova tenzoru spočívá v konceptu zvaném **paralelní přenos**. 

Představ si, že vezmeš vektor (šipku ukazující určitým směrem) a pohybuješ s ním po uzavřené smyčce tak, abys neustále zachovával jeho směr vůči samotnému povrchu (přenášíš ho paralelně).
  * **V plochém prostoru** (např. na stole): Když se s vektorem vrátíš na výchozí místo, bude ukazovat přesně stejným směrem jako na začátku.
  * **V zakřiveném prostoru** (např. na povrchu koule): Když se vrátíš na výchozí místo po uzavřené křivce, vektor bude pootočený. 

Tento úhlový rozdíl mezi původním a přeneseným vektorem je přímým důsledkem křivosti. Riemannův tenzor nedělá nic jiného, než že tuto odchylku pro jakoukoliv infinitesimální (nekonečně malou) smyčku přesně matematicky popisuje.

===== Matematická definice =====

Riemannův tenzor je tenzor čtvrtého řádu. V souřadnicovém zápisu se obvykle značí symbolem <math>R^\rho_{\sigma\mu\nu}</math> a vyjadřuje se pomocí tzv. Christoffelových symbolů (<math>\Gamma</math>), které popisují, jak se mění souřadnicové osy bod od bodu.

Jeho formální definice zní:

<math>R^\rho_{\sigma\mu\nu} = \partial_\mu \Gamma^\rho_{\nu\sigma} - \partial_\nu \Gamma^\rho_{\mu\sigma} + \Gamma^\rho_{\mu\lambda}\Gamma^\lambda_{\nu\sigma} - \Gamma^\rho_{\nu\lambda}\Gamma^\lambda_{\mu\sigma}</math>

Kde:
  * <math>\partial_\mu</math> a <math>\partial_\nu</math> značí parciální derivace podle příslušných souřadnic.
  * <math>\Gamma</math> jsou Christoffelovy symboly druhého druhu (tzv. konexe).

Ačkoliv tento vzorec vypadá hrozivě, jeho podstata je logická: první dva členy reprezentují změnu samotného prostoru, zatímco druhé dva (kvadratické) členy korigují to, že samotné souřadnicové systémy mohou být "zakroucené".

===== Klíčové vlastnosti a symetrie =====

Tenzor čtvrtého řádu ve 4D časoprostoru by měl mít teoreticky <math>4^4 = 256</math> nezávislých složek. Riemannův tenzor má ale silné vnitřní symetrie, které tento počet drasticky snižují (ve čtyřech dimenzích na pouhých 20 nezávislých složek):

  - **Antisymetrie v posledních dvou indexech:** <math>R^\rho_{\sigma\mu\nu} = -R^\rho_{\sigma\nu\mu}</math>
  - **Antisymetrie v prvních dvou indexech:** (při plně kovariantním zápisu) <math>R_{\rho\sigma\mu\nu} = -R_{\sigma\rho\mu\nu}</math>
  - **Symetrie bloků:** <math>R_{\rho\sigma\mu\nu} = R_{\mu\nu\rho\sigma}</math>
  - **První Bianchiho identita:** Cyklická záměna posledních tří indexů se rovná nule: <math>R^\rho_{\sigma\mu\nu} + R^\rho_{\mu\nu\sigma} + R^\rho_{\nu\sigma\mu} = 0</math>

===== Význam v Obecné teorii relativity =====

Riemannův tenzor je ústředním bodem Einsteinovy obecné teorie relativity. Albert Einstein ukázal, že gravitace není "síla" táhnoucí tělesa k sobě (jak tvrdil Newton), ale je to iluze způsobená tím, že hmotná tělesa zakřivují samotný časoprostor.

Z Riemannova tenzoru se dají odvodit jednodušší objekty, které přímo vystupují v Einsteinových rovnicích pole:
  * **Ricciho tenzor** (<math>R_{\mu\nu}</math>): Vzniká úžením Riemannova tenzoru (<math>R_{\mu\nu} = R^\rho_{\mu\rho\nu}</math>).
  * **Skalární křivost** (<math>R</math>): Další úžení, které dává jediné číslo pro každý bod v prostoru.

Zatímco Ricciho tenzor popisuje, jak se mění objem shluku volně padajících částic, plný Riemannův tenzor navíc zachycuje slapové síly – tedy to, jak jsou tělesa v gravitačním poli natahována a mačkána.