Penrose abstract index notation

Todo esto está en [Malament 2012]

Sea V un espacio vectorial y Va,Vb,… una colección indeterminada de espacios isomorfos a V con isomorfismos concretados. Sea V∗ su dual, y Va,Vb,… una colección análoga a la anterior pero para V∗. Ojo, a,b,c,… no son números, sino etiquetas.

En lo que sigue, va será un elemento de Va, para cualquier índice a, y va lo será de Va. Además, el isomorfismo concretado entre Va y Vb enviará va a vb (análogamente para los duales).

Vamos a definir una familia de espacios vectoriales Vxyz…abc… y una serie de operaciones con ellos. Pero lo haremos con un ejemplo concreto: Vcab para mayor simplicidad (es fácil generalizarlo luego).

El espacio Vcab está definido como el espacio vectorial de todas las aplicaciones lineales que envían ternas no ordenadas {ua,ub,uc} a R. Coinciden con los tensores de V de tipo (2,1) de la sección tensoreslineales (anotaciones Latex antiguas, pasar a obsidian).

¿Qué forma tienen los elementos de Vcab?
Son aplicaciones lineales T(−a,−b,−c). Dados ψa∈Va,φb∈Vb,ϕc∈Vc, determinan un elemento de Vcab denotado ψaφbϕc de la siguiente forma:

ψaφbϕc({ua,ub,uc})=ψa(ua)φb(ub)ϕc(uc)∈R

cantidad que será denotada indistintamente por

ψauaφbubϕcuc=uaψaφbucubϕc=⋯

Es decir, obviaremos los paréntesis y permitiremos cualquier conmutatividad entre los elementos de los espacios vectoriales implicados.

¿Hay más elementos en Vcab?
Sí. Denotemos por {ξa1,ξa2,⋯} una base de Va y {αa1,αa2,⋯} su correspondiente base dual en Va para cada a. Entonces las ternas ξaiξbjαck forman una base de Vcab. Es decir, cualquier λcab∈Vcab es

λcab=∑cijk⋅ξaiξbjαck

Observaciones:

En resumen, la clave está en usar unas etiquetas (los índices abstractos) para señalar qué vector se aplica a qué 1-forma, o para que una operación se deje sin hacer. Por ejemplo: αava es un número real, pero αavb es una aplicación lineal.
Se complementa muy bien con la Penrose diagramatic notation.

Kepp an eye:
In the absence of derivatives this is nearly identical to Einstein index notation, but distinctions between the two notational systems become more apparent in the presence of covariant derivatives (∇α in Penrose notation, or a combination of ∂i and Christoffel symbols in Einstein notation)

See this MathOverflow answer the Terence Tao.