Line data    Source code

       1           0 : // Distributed under the MIT License.
       2             : // See LICENSE.txt for details.
       3             : 
       4             : #pragma once
       5             : 
       6             : #include <cstddef>
       7             : 
       8             : #include "DataStructures/DataBox/PrefixHelpers.hpp"
       9             : #include "DataStructures/DataBox/Prefixes.hpp"
      10             : #include "DataStructures/DataVector.hpp"
      11             : #include "DataStructures/TaggedContainers.hpp"
      12             : #include "DataStructures/Tensor/Tensor.hpp"
      13             : #include "Evolution/Systems/CurvedScalarWave/System.hpp"
      14             : #include "Evolution/Systems/CurvedScalarWave/TimeDerivative.hpp"
      15             : #include "Evolution/Systems/GeneralizedHarmonic/System.hpp"
      16             : #include "Evolution/Systems/GeneralizedHarmonic/TimeDerivative.hpp"
      17             : #include "Evolution/Systems/ScalarTensor/Sources/ScalarSource.hpp"
      18             : #include "Evolution/Systems/ScalarTensor/StressEnergy.hpp"
      19             : #include "Evolution/Systems/ScalarTensor/Tags.hpp"
      20             : #include "Time/Tags/Time.hpp"
      21             : #include "Utilities/Gsl.hpp"
      22             : #include "Utilities/TMPL.hpp"
      23             : 
      24             : namespace ScalarTensor {
      25             : /*!
      26             :  * \brief Compute the RHS terms of the evolution equations for the scalar tensor
      27             :  * system.
      28             :  *
      29             :  * \details The bulk of the computations in this class dispatch to
      30             :  * `GeneralizedHarmonic::TimeDerivative` and
      31             :  * `CurvedScalarWave::TimeDerivative` as a 'product system' -- each
      32             :  * independently operating on its own subset of the supplied variable
      33             :  * collections.
      34             :  * The additional steps taken are to compute the trace-reversed stress energy
      35             :  * tensor associated with the scalar part of the system and add its contribution
      36             :  * to the \f$\partial_t \Pi_{a b}\f$ variable in the Generalized Harmonic
      37             :  * system, as well as adding any scalar sources to the variable \f$\partial_t
      38             :  * \Pi\f$.
      39             :  */
      40           1 : struct TimeDerivative {
      41           0 :   static constexpr size_t dim = 3;
      42           0 :   using gh_dt_tags =
      43             :       db::wrap_tags_in<::Tags::dt,
      44             :                        typename gh::System<dim>::variables_tag::tags_list>;
      45           0 :   using scalar_dt_tags = db::wrap_tags_in<
      46             :       ::Tags::dt,
      47             :       typename CurvedScalarWave::System<dim>::variables_tag::tags_list>;
      48           0 :   using dt_tags = tmpl::append<gh_dt_tags, scalar_dt_tags>;
      49           0 :   using gh_temp_tags = typename gh::TimeDerivative<dim>::temporary_tags;
      50           0 :   using gh_gradient_tags = typename gh::System<dim>::gradients_tags;
      51           0 :   using gh_arg_tags = typename gh::TimeDerivative<dim>::argument_tags;
      52           0 :   using scalar_temp_tags =
      53             :       typename CurvedScalarWave::TimeDerivative<dim>::temporary_tags;
      54           0 :   using scalar_extra_temp_tags =
      55             :       tmpl::list<ScalarTensor::Tags::TraceReversedStressEnergy<
      56             :           DataVector, dim, ::Frame::Inertial>>;
      57           0 :   using scalar_gradient_tags =
      58             :       typename CurvedScalarWave::System<dim>::gradients_tags;
      59           0 :   using gradient_tags = tmpl::append<gh_gradient_tags, scalar_gradient_tags>;
      60           0 :   using scalar_arg_tags =
      61             :       typename CurvedScalarWave::TimeDerivative<dim>::argument_tags;
      62           0 :   using temporary_tags = tmpl::remove_duplicates<
      63             :       tmpl::append<gh_temp_tags, scalar_temp_tags, scalar_extra_temp_tags>>;
      64           0 :   using argument_tags =
      65             :       tmpl::append<gh_arg_tags, scalar_arg_tags,
      66             :                    tmpl::list<ScalarTensor::Tags::ScalarSource>>;
      67             : 
      68           0 :   static void apply(
      69             :       // GH dt variables
      70             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, dim>*> dt_spacetime_metric,
      71             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, dim>*> dt_pi,
      72             :       gsl::not_null<tnsr::iaa<DataVector, dim>*> dt_phi,
      73             :       // Scalar dt variables
      74             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> dt_psi_scalar,
      75             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> dt_pi_scalar,
      76             :       gsl::not_null<tnsr::i<DataVector, dim, Frame::Inertial>*> dt_phi_scalar,
      77             : 
      78             :       // GH temporal variables
      79             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> temp_gamma1,
      80             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> temp_gamma2,
      81             :       gsl::not_null<tnsr::a<DataVector, dim>*> temp_gauge_function,
      82             :       gsl::not_null<tnsr::ab<DataVector, dim>*>
      83             :           temp_spacetime_deriv_gauge_function,
      84             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> gamma1gamma2,
      85             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> half_half_pi_two_normals,
      86             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> normal_dot_gauge_constraint,
      87             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> gamma1_plus_1,
      88             :       gsl::not_null<tnsr::a<DataVector, dim>*> pi_one_normal,
      89             :       gsl::not_null<tnsr::a<DataVector, dim>*> gauge_constraint,
      90             :       gsl::not_null<tnsr::i<DataVector, dim>*> half_phi_two_normals,
      91             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, dim>*>
      92             :           shift_dot_three_index_constraint,
      93             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, dim>*>
      94             :           mesh_velocity_dot_three_index_constraint,
      95             :       gsl::not_null<tnsr::ia<DataVector, dim>*> phi_one_normal,
      96             :       gsl::not_null<tnsr::aB<DataVector, dim>*> pi_2_up,
      97             :       gsl::not_null<tnsr::iaa<DataVector, dim>*> three_index_constraint,
      98             :       gsl::not_null<tnsr::Iaa<DataVector, dim>*> phi_1_up,
      99             :       gsl::not_null<tnsr::iaB<DataVector, dim>*> phi_3_up,
     100             :       gsl::not_null<tnsr::abC<DataVector, dim>*> christoffel_first_kind_3_up,
     101             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> lapse,
     102             :       gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, dim>*> shift,
     103             :       gsl::not_null<tnsr::II<DataVector, dim>*> inverse_spatial_metric,
     104             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> det_spatial_metric,
     105             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> sqrt_det_spatial_metric,
     106             :       gsl::not_null<tnsr::AA<DataVector, dim>*> inverse_spacetime_metric,
     107             :       gsl::not_null<tnsr::abb<DataVector, dim>*> christoffel_first_kind,
     108             :       gsl::not_null<tnsr::Abb<DataVector, dim>*> christoffel_second_kind,
     109             :       gsl::not_null<tnsr::a<DataVector, dim>*> trace_christoffel,
     110             :       gsl::not_null<tnsr::A<DataVector, dim>*> normal_spacetime_vector,
     111             : 
     112             :       // Scalar temporal variables
     113             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> result_gamma1_scalar,
     114             :       gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> result_gamma2_scalar,
     115             : 
     116             :       // Extra temporal tags
     117             :       gsl::not_null<tnsr::aa<DataVector, dim>*> stress_energy,
     118             : 
     119             :       // GH spatial derivatives
     120             :       const tnsr::iaa<DataVector, dim>& d_spacetime_metric,
     121             :       const tnsr::iaa<DataVector, dim>& d_pi,
     122             :       const tnsr::ijaa<DataVector, dim>& d_phi,
     123             : 
     124             :       // scalar spatial derivatives
     125             :       const tnsr::i<DataVector, dim>& d_psi_scalar,
     126             :       const tnsr::i<DataVector, dim>& d_pi_scalar,
     127             :       const tnsr::ij<DataVector, dim>& d_phi_scalar,
     128             : 
     129             :       // GH argument variables
     130             :       const tnsr::aa<DataVector, dim>& spacetime_metric,
     131             :       const tnsr::aa<DataVector, dim>& pi,
     132             :       const tnsr::iaa<DataVector, dim>& phi, const Scalar<DataVector>& gamma0,
     133             :       const Scalar<DataVector>& gamma1, const Scalar<DataVector>& gamma2,
     134             :       const gh::gauges::GaugeCondition& gauge_condition, const Mesh<dim>& mesh,
     135             :       double time,
     136             :       const tnsr::I<DataVector, dim, Frame::Inertial>& inertial_coords,
     137             :       const InverseJacobian<DataVector, dim, Frame::ElementLogical,
     138             :                             Frame::Inertial>& inverse_jacobian,
     139             :       const std::optional<tnsr::I<DataVector, dim, Frame::Inertial>>&
     140             :           mesh_velocity,
     141             : 
     142             :       // Scalar argument variables
     143             :       const Scalar<DataVector>& pi_scalar,
     144             :       const tnsr::i<DataVector, dim>& phi_scalar,
     145             :       const Scalar<DataVector>& lapse_scalar,
     146             :       const tnsr::I<DataVector, dim>& shift_scalar,
     147             :       const tnsr::i<DataVector, dim>& deriv_lapse,
     148             :       const tnsr::iJ<DataVector, dim>& deriv_shift,
     149             :       const tnsr::II<DataVector, dim>& upper_spatial_metric,
     150             :       const tnsr::I<DataVector, dim>& trace_spatial_christoffel,
     151             :       const Scalar<DataVector>& trace_extrinsic_curvature,
     152             :       const Scalar<DataVector>& gamma1_scalar,
     153             :       const Scalar<DataVector>& gamma2_scalar,
     154             : 
     155             :       const Scalar<DataVector>& scalar_source);
     156             : };
     157             : }  // namespace ScalarTensor