Geometrické metody teoretické fyziky I

NTMF059

doc. RNDr. Robert Švarc, Ph.D.

Mgr. Ivan Kolář, Ph.D.

prof. RNDr. Pavel Krtouš, Ph.D.

LS: 2/2 Zk Z

Anotace:

Diferencovatelné variety a tečné prostory. Fibrované prostory a vektorové bandly. Tenzorový počet. Zobrazení variet, difeomorfismy, Lieova derivace. Vnější kalkulus. Riemannova a pseudoriemannova geometrie. Kovariantní derivace na vektorových bundlech, paralelní přenos, prostor konexí. Kovariantní derivace na tečném bundlu, geodetiky, torze. Křivost. Metrické derivace, Levi-Civitova derivace. Vztah Lieovy, vnější a kovariantní derivace, kovariantní vnější derivace. Integrování na varietách a podvarietách, hustoty, integrální věty.

Přednáška je určena zejména pro zájemce o teoretickou fyziku v závěru bakalářského či začátkem magisterského studia.

Na přednášku navazuje předmět NTMF060 – Geometrické metody teoretické fyziky II.

Konání přednášky v ZS 2026:

Tento semestr výuku vedou všichni tři přednášející.

Přednáška je rozvržena v úterý dopoledne od 9:00 do 10:30 v posluchárně T2 a ve čtvrtek dopoledne od 9:00 do 10:30 v posluchárně T1.

Některé přednášky budou zaznamenávány. Záznamy s polu se záznamy z minulých let jsou k dispozici na zvláštní stránce, jejíž adresa byla rozeslána zapsaným studentům.

Pokud má někdo zájem sledovat záznamy přednášek bez zápisu, ať se obrátí emailem na přednášejícího.

Přednášky probíhají v češtině. K dispozici jsou též záznamy přednášek v angličtině.

Zkouška, cvičení a konzultace mohou probíhat jak v češtině, tak v angličtině.

Zápočet

K udělení zápočtu bude potřeba rozumná účast na cvičení a odevzdání řešení zápočtového problému.

Zápočtový problém bude zveřejněn v druhé polovině semestru. Termín odevzdání řešení je konec zkouškového období zimního semestru.

Sylabus:

Diferencovatelné variety
základy topologie, diferencovatelná struktura, tečné prostory, vektorová a tenzorová pole, Lieovy závorky
Fibrované prostory
obecné fibrované prostory, vektorové bandly, tečné tenzorové bandly
Tenzorový počet
vektorový prostor a jeho duál, tenzorový součin, multi-lineární zobrazení tenzorů, transformace komponent, značení tenzorů
Zobrazení variet a Lieova derivace
zobrazení variet, indukované zobrazení, difeomorfismy, tok, Lieova derivace
Vnější kalkulus
vnější součin, vnější derivování, exaktní a uzavřené formy
Riemannova a pseudoriemannova geometrie
metrika, signatura metriky, délka křivky a vzdálenost, Hodgeův duál, Levi-Civitův tenzor, koderivace
Kovariantní derivace na vektorových bundlech
paralelní přenos ve vektorovém bandlu, kovariantní derivování, kovariantní diferenciál; prostor kovariantních derivací, pseudoderivace, rozdíl dvou konexí a rozdílový tenzor; trivializace, komponenty konexe
Kovariantní derivace na tečném bundlu
geodetiky, normální souřadnice; tenzor torze; souřadnicová derivace, n-ádová derivace, Ricciho (spinové) koeficienty
Křivost
operátor a tenzor křivosti, Bianchiho identity, zákon zachování; Riemannův tenzor, komutátor kovariantních derivací pro skalár a obecný tenzor, Ricciho a Einsteinův tenzor
Metrické derivace, Levi-Civitova kovariantní derivace
metricita, tenzor kontorze a torze; jednoznačnost Levi-Civitovy derivace, Christoffelovy symboly, Cartanovy rovnice struktury; symetrie tenzoru křivosti, ireducibilní části Riemanova tenzoru, Weylův tenzor, skalární křivost, Einsteinův tenzor
Vztah Lieovy, vnější a kovariantní derivace
vyjádření Lieovy a vnější derivace, kovariantní vnější derivace; Killingovy vektory a symetrie
Integrování na varietách
integrovatelné hustoty, vztah k antisymetrickým formám, integrování forem a hustot; tenzor orientace, hustotní duál, metrický objemový element; divergence tenzorových hustot, kovariantní derivace hustot, derivace anihilující objemový element
Integrální věty
podvariety, přizpůsobené souřadnice, tečný a normálový prostor, integrování přes podvariety; zobecněná Stokesova věta pro formy; normálová a tečná restrikce tenzorových hustot na podvarietu, Gaussova věta

Studijní texty:

Vedle literatury uvedené níže jsou k dispozici texty speciálně k této přednášce:

Literatura: