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/Prefixes.hpp"
9 : #include "DataStructures/DataBox/Tag.hpp"
10 : #include "DataStructures/DataVector.hpp"
11 : #include "DataStructures/Tensor/EagerMath/Trace.hpp"
12 : #include "DataStructures/Tensor/Tensor.hpp"
13 : #include "Evolution/Systems/GeneralizedHarmonic/Tags.hpp"
14 : #include "PointwiseFunctions/GeneralRelativity/Tags.hpp"
15 : #include "Utilities/ContainerHelpers.hpp"
16 : #include "Utilities/Gsl.hpp"
17 : #include "Utilities/TMPL.hpp"
18 :
19 : /// \cond
20 : namespace domain {
21 : namespace Tags {
22 : template <size_t Dim, typename Frame>
23 : struct Coordinates;
24 : } // namespace Tags
25 : } // namespace domain
26 : class DataVector;
27 : template <typename X, typename Symm, typename IndexList>
28 : class Tensor;
29 : /// \endcond
30 :
31 : namespace gh {
32 : /// @{
33 : /*!
34 : * \ingroup GeneralRelativityGroup
35 : * \brief Computes extrinsic curvature from generalized harmonic variables
36 : * and the spacetime normal vector.
37 : *
38 : * \details If \f$ \Pi_{ab} \f$ and \f$ \Phi_{iab} \f$ are the generalized
39 : * harmonic conjugate momentum and spatial derivative variables, and if
40 : * \f$n^a\f$ is the spacetime normal vector, then the extrinsic curvature
41 : * is computed as
42 : * \f{align}
43 : * K_{ij} &= \frac{1}{2} \Pi_{ij} + \Phi_{(ij)a} n^a
44 : * \f}
45 : */
46 : template <typename DataType, size_t SpatialDim, typename Frame>
47 1 : void extrinsic_curvature(
48 : gsl::not_null<tnsr::ii<DataType, SpatialDim, Frame>*> ex_curv,
49 : const tnsr::A<DataType, SpatialDim, Frame>& spacetime_normal_vector,
50 : const tnsr::aa<DataType, SpatialDim, Frame>& pi,
51 : const tnsr::iaa<DataType, SpatialDim, Frame>& phi);
52 :
53 : template <typename DataType, size_t SpatialDim, typename Frame>
54 1 : tnsr::ii<DataType, SpatialDim, Frame> extrinsic_curvature(
55 : const tnsr::A<DataType, SpatialDim, Frame>& spacetime_normal_vector,
56 : const tnsr::aa<DataType, SpatialDim, Frame>& pi,
57 : const tnsr::iaa<DataType, SpatialDim, Frame>& phi);
58 : /// @}
59 :
60 : namespace Tags {
61 : /*!
62 : * \brief Compute item to get extrinsic curvature from generalized harmonic
63 : * variables and the spacetime normal vector.
64 : *
65 : * \details See `extrinsic_curvature()`. Can be retrieved using
66 : * `gr::Tags::ExtrinsicCurvature`.
67 : */
68 : template <size_t SpatialDim, typename Frame>
69 1 : struct ExtrinsicCurvatureCompute
70 : : gr::Tags::ExtrinsicCurvature<DataVector, SpatialDim, Frame>,
71 : db::ComputeTag {
72 0 : using argument_tags =
73 : tmpl::list<gr::Tags::SpacetimeNormalVector<DataVector, SpatialDim, Frame>,
74 : Pi<DataVector, SpatialDim, Frame>,
75 : Phi<DataVector, SpatialDim, Frame>>;
76 :
77 0 : using return_type = tnsr::ii<DataVector, SpatialDim, Frame>;
78 :
79 0 : static constexpr auto function = static_cast<void (*)(
80 : gsl::not_null<tnsr::ii<DataVector, SpatialDim, Frame>*>,
81 : const tnsr::A<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
82 : const tnsr::aa<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
83 : const tnsr::iaa<DataVector, SpatialDim, Frame>&)>(
84 : &extrinsic_curvature<DataVector, SpatialDim, Frame>);
85 :
86 0 : using base = gr::Tags::ExtrinsicCurvature<DataVector, SpatialDim, Frame>;
87 : };
88 :
89 : /*!
90 : * \brief Compute item to get the trace of extrinsic curvature from generalized
91 : * harmonic variables and the spacetime normal vector.
92 : *
93 : * \details See `extrinsic_curvature()` for how the extrinsic curvature
94 : * \f$ K_{ij}\f$ is computed. Its trace is taken as
95 : * \f{align}
96 : * tr(K) &= g^{ij} K_{ij}.
97 : * \f}
98 : *
99 : * Can be retrieved using `gr::Tags::TraceExtrinsicCurvature`.
100 : */
101 : template <size_t SpatialDim, typename Frame>
102 1 : struct TraceExtrinsicCurvatureCompute
103 : : gr::Tags::TraceExtrinsicCurvature<DataVector>,
104 : db::ComputeTag {
105 0 : using argument_tags =
106 : tmpl::list<gr::Tags::ExtrinsicCurvature<DataVector, SpatialDim, Frame>,
107 : gr::Tags::InverseSpatialMetric<DataVector, SpatialDim, Frame>>;
108 :
109 0 : using return_type = Scalar<DataVector>;
110 :
111 0 : static constexpr auto function =
112 : static_cast<void (*)(gsl::not_null<Scalar<DataVector>*>,
113 : const tnsr::ii<DataVector, SpatialDim, Frame>&,
114 : const tnsr::II<DataVector, SpatialDim, Frame>&)>(
115 : &trace);
116 :
117 0 : using base = gr::Tags::TraceExtrinsicCurvature<DataVector>;
118 : };
119 : } // namespace Tags
120 : } // namespace gh
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