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【数学】爱因斯坦场方程解析解——史瓦西度规

时间:2023-07-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:正像之前所说,爱因斯坦场方程是一个由10个非线性的偏微分方程组成的方程组,对它的求解非常难.事实上爱因斯坦本人也没有得到一个精确的解析解,他用相对论来解释的物理现象,主要根据的是所谓的近似解.第一个求解出爱因斯坦场方程精确解的人是德国著名天文学家、物理学家史瓦西(K.Schwarzschild,1873—1916).图10-9黑洞史瓦西解被称作是史瓦西度规,本质上是一个球对称的场方程解,即它假设

【数学】爱因斯坦场方程解析解——史瓦西度规

正像之前所说,爱因斯坦场方程是一个由10个非线性偏微分方程组成的方程组,对它的求解非常难.事实上爱因斯坦本人也没有得到一个精确的解析解,他用相对论来解释的物理现象,主要根据的是所谓的近似解.第一个求解出爱因斯坦场方程精确解的人是德国著名天文学家、物理学家史瓦西(K.Schwarzschild,1873—1916).

图10-9 黑洞

史瓦西解被称作是史瓦西度规,本质上是一个球对称的场方程解,即它假设一个质量分布成球对称的物体,在周围时空中产生的时空弯曲效应.史瓦西解的形式如下:

通过这个表达式我们可以看出史瓦西解有两个奇点.第一个奇点是

在处的点,第二个奇点是在

处的点.这两个奇点有它自身的物理意义,与黑洞的理论有密切的关系.

经典力学的观点,我们也可以得到视界半径.事实上,一个具有质量为M的天体,在距离它r处所具有的引力势能是

如果它的引力强到连光都不能够从它的引力场中逃逸出来,那么它的引力势能将会正好抵消掉光所具有的动能,也就是说

因此

这就是拉普拉斯当年利用错误的观点得到的正确的黑洞视界半径的公式.(www.xing528.com)

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