İTÜDERGİSİ/c, Cilt 7, Sayı 1 (2009)

Yazı Büyüklüğü:  Küçük  Orta  Büyük

Bilgisayarlı hesaplama yöntemleri ile beş boyutlu uzayzamanlarda dalga denklemlerinin incelenmesi

Tolga BİRKANDAN, Mahmut HORTAÇSU

Özet


Genel görelilikte kullanılan instantonlar, Yang-Mills denklemlerinin sonlu eylem çözümleri olan Yang-Mills instantonlarına karşılık gelen çözümlerdir. Weierstarss’ın genel "yerel en-küçük yüzeyler" çözümü, genel bir instanton metriği verir. Nutku helikoit metriği de bu genel metriğin helikoit en-küçük yüzeyine karşılık gelen özel bir durumudur. Dirac ve Laplace denklemleri dört boyutlu durumda Mathieu fonksiyonları cinsinden çözülebilir. Bir zaman koordinatı metriğe doğrudan eklenirse çözümler, literatürde yüksek boyutlu çözümlerde karşılaşılan çift konfluent Heun fonksiyonları olurlar. Bir dönüşüm yardımıyla Mathieu denkleminin tekillik yapısı elde edilir. Beş boyutlu durum, bu dönüşüm sayesinde Mathieu fonksiyonları cinsinden ifade edilebilir. Zaman koordinatından gelen ek terimle birlikte, radyal ve açısal kısımlar değişik sabitler içerdiğinden, dört boyutlu durumdaki gibi bir ilerletici yazmak için bu fonksiyonların toplanması oldukça zorlaşır. Metriğin orijinde bir eğrilik tekilliğine sahip olması bu bölgenin dışarılanmasını gerektirir. Bu da uygun sınır koşullarının kullanımını önemli kılar. Tek sayılı boyutlarda, Atiyah, Patodi ve Singer tarafından tanımlanmış olan yerel olmayan spektral sınır koşulları, topolojik engeller sebebiyle zorunludur. Çift sayılı boyutlarda yerel sınır koşulları kullanılabilse de, Dirac operatörünün ve yük eşleniği simetrilerinin korunması isteniyorsa yerel olmayan spektral sınır koşulları kullanılmalıdır. Bu problemde sınır koşulları uygulanırken Atiyah-Patodi-Singer formalizmi kullanılmıştır. Manifoldun sınırında yazılan denklemler, sınır tanımlanmadan yazılan denklemlerden daha tekildir ve bu da çözümü zorlaştırır. Bilgisayar, denklemlerin çıkarılması ve analizlerinde yoğun olarak kullanılmıştır. Newman-Penrose formalizmini kullanan bir Maple paketi, çalışmadaki analitik hesapları yapmak için geliştirilmiştir. Paket ayrıca instanton metrikleri için tam bir Newman-Penrose hesaplayıcısı olarak kullanılabilir.

 

Anahtar Kelimeler: Dalga denklemleri, Atiyah-Patodi-Singer sınır koşulları, Heun fonksiyonları, sembolik hesaplama.


Tam Metin: PDF