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Concept
Tenseur de Weyl
Résumé
En géométrie riemannienne, le tenseur de Weyl, nommé en l'honneur d'Hermann Weyl, représente la partie du tenseur de Riemann ne possédant pas de trace.
En notant respectivement R_abcd, R_ab, R et g_ab le tenseur de Riemann, le tenseur de Ricci, la courbure scalaire et le tenseur métrique, le tenseur de Weyl C_abcd s'écrit
où n est la dimension de l'espace considéré. En particulier, en relativité générale, où l'on considère presque exclusivement des espaces-temps de dimension 4, on a
En relativité générale, le tenseur de Ricci est lié à la présence de matière ; en l'absence de matière, le tenseur de Ricci est nul. Par conséquent, le tenseur de Weyl s'identifie au tenseur de Riemann. Cette propriété donne toute son importance au tenseur de Weyl : sa structure donne la totalité de la structure du champ gravitationnel dans les régions vides de matière. Par exemple, une région de l'espace traversée par une onde gravitationnelle a un tenseur de Weyl non nul.
Le nombre de composantes indépendantes du tenseur de Riemann est , celui du tenseur de Ricci est (en incluant sa trace, correspondant à la courbure scalaire, et pour n supérieur à 2). Le nombre de composantes du tenseur de Weyl est donc, pour n supérieur à 2, de
N est nul à une ou deux dimensions. En particulier, le tenseur de Weyl est nul dans un espace à 3 dimensions. Dans un espace(-temps) à 4 dimensions, il possède 10 composantes indépendantes.
Un calcul direct montre que si l'on fait subir au tenseur métrique une transformation conforme (c'est-à-dire qu'à partir d'une fonction Ω on définit un nouveau tenseur sous la forme ), le tenseur de Weyl associé reste invariant. Comme le tenseur de Weyl est nul dans l'espace de Minkowski, le tenseur de Weyl doit être nul dans un espace conformément plat (c'est-à-dire dont la métrique est proportionnelle à celle de Minkowski en tout point). On peut montrer que la réciproque est vraie pour n supérieur à 3 : il suffit que le tenseur de Weyl soit nul pour que l'espace soit conformément plat.
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