В общая теория относительности, то Метрики Вейля (назван в честь немецко-американского математика Герман Вейль )[1] класс статический и осесимметричный решения для Уравнение поля Эйнштейна. Три члена известной Керр – Ньюман семейные решения, а именно Шварцшильд, неэкстремальный Рейсснер-Нордстрём и экстремальные метрики Рейсснера – Нордстрёма могут быть идентифицированы как метрики типа Вейля.
Стандартные метрики Вейля
Класс решений Вейля имеет общий вид[2][3]
![(1) quad ds ^ 2 = -e ^ {2 psi ( rho, z)} dt ^ 2 + e ^ {2 gamma ( rho, z) -2 psi ( rho, z)} (d rho ^ 2 + dz ^ 2) + e ^ {- 2 psi ( rho, z)} rho ^ 2 d phi ^ 2 ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a85fbb9b94e9902b0333c814c39ac2dffb27db4b)
куда
и
- два метрических потенциала, зависящих от Канонические координаты Вейля
. Система координат
лучше всего подходит для симметрии пространства-времени Вейля (с двумя Убивающие векторные поля существование
и
) и часто действует как цилиндрические координаты,[2] но это неполный при описании черная дыра в качестве
только покрыть горизонт и его экстерьеры.
Следовательно, для определения статического осесимметричного решения, соответствующего конкретному тензор энергии-импульса
, нам просто нужно подставить метрическое уравнение Вейля (1) в уравнение Эйнштейна (с c = G = 1):
![(2) quad R_ {ab} - frac {1} {2} Rg_ {ab} = 8 pi T_ {ab} ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2e32e1e796b22cb282c71a9db11583f2f71bdb31)
и проработать две функции
и
.
Уравнения приведенного поля для электровакуумных решений Вейля
Одним из наиболее изученных и наиболее полезных решений Вейля является электровакуумный случай, когда
происходит из-за существования электромагнитного поля (типа Вейля) (без потоков вещества и тока). Как известно, с учетом электромагнитного четырехпотенциала
, антисимметричное электромагнитное поле
и бесследового тензора напряжений-энергии
будет соответственно определяться
![(3) quad F_ {ab} = A_ {b ,; , a} -A_ {a ,; , b} = A_ {b ,, , a} -A_ {a ,, , б}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/760ecc08f7c06390595ed6d9742bccde7978d66e)
![(4) quad T_ {ab} = frac {1} {4 pi} , Big (, F_ {ac} F_b ^ {; c} - frac {1} {4} g_ {ab } F_ {cd} F ^ {cd} Big) ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4319c91da6d598ce7c255b2c3e565dd69541a6c4)
который соблюдает ковариантные уравнения Максвелла без источников:
![(5.a) quad big (F ^ {ab} big) _ {; , b} = 0 ,, quad F _ {[ab ,; , c]} = 0 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/16d89847b11082718f32986c15c73b388185b255)
Уравнение (5.a) можно упростить до:
![(5.b) quad big ( sqrt {-g} , F ^ {ab} big) _ {, , b} = 0 ,, quad F _ {[ab ,, , c ]} = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a5bfb84b938b00d6c64e32fd7873d6da35234c90)
в расчетах как
. Кроме того, поскольку
для электровакуума уравнение (2) сводится к
![(6) quad R_ {ab} = 8 pi T_ {ab} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8ae24b60aaad76198601da3fa770c03942278d8a)
Теперь предположим, что осесимметричный электростатический потенциал типа Вейля равен
(компонент
на самом деле электромагнитный скалярный потенциал ), и вместе с уравнением для метрики Вейля (1) из уравнений (3) (4) (5) (6) следует, что
![(7.a) quad nabla ^ 2 psi = , ( nabla psi) ^ 2 + gamma _ {, , rho rho} + gamma _ {, , zz}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f8bc0d608cd45d7028b244150caf33db3bd0a119)
![(7.b) quad nabla ^ 2 psi = , e ^ {- 2 psi} ( nabla Phi) ^ 2](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/384be2290141d0501734b26fc36cd406775d056d)
![(7.c) quad frac {1} { rho} , gamma _ {, , rho} = , psi ^ 2 _ {, , rho} - psi ^ 2 _ {, , z} -e ^ {- 2 psi} big ( Phi ^ 2 _ {, , rho} - Phi ^ 2 _ {, , z} big)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ef371ce323da1305b672ff44a1f3d763c8346d8)
![(7.d) quad frac {1} { rho} , gamma _ {, , z} = , 2 psi _ {, , rho} psi _ {, , z} - 2e ^ {-2 psi} Phi _ {, , rho} Phi _ {, , z}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9f4896251f398f07ea67863680c2dc4229e8b2e6)
![(7.e) quad nabla ^ 2 Phi = , 2 nabla psi nabla Phi ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7788e1a4f77b0aa053dd755591da911a76ddb436)
куда
дает уравнение (7.a),
или же
дает уравнение (7.b),
или же
дает уравнение (7.c),
дает уравнение (7.d), а уравнение (5.b) дает уравнение (7.e). Здесь
и
соответственно Лаплас и градиент операторы. Более того, если предположить
в смысле взаимодействия материи и геометрии и предполагая асимптотическую плоскостность, мы обнаружим, что уравнения (7.a-e) влекут за собой характеристическое соотношение, которое
![(7.f) quad e ^ psi = , Phi ^ 2-2C Phi + 1 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/35cebb6e9874ee10b1bdce4c35388908b4a9b54a)
В частности, в простейшем вакуумном корпусе с
и
, Уравнения (7.a-7.e) сводятся к[4]
![(8.a) quad gamma _ {, , rho rho} + gamma _ {, , zz} = - ( nabla psi) ^ 2](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/de38c5cbd3536ca26eb89d96a8d265bfb2b83c46)
![(8.b) quad nabla ^ 2 psi = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/30cb6be4788ab85cb16377bde2e8cf9d68dea5d5)
![(8.c) quad gamma _ {, , rho} = rho , Big ( psi ^ 2 _ {, , rho} - psi ^ 2 _ {, , z} Big)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/78ce732126fa40c5b8b5ef319707e27fab57c0a8)
![(8.d) quad gamma _ {, , z} = 2 , rho , psi _ {, , rho} psi _ {, , z} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2d43622eacc39b381b5000b86a3716efa756b5c3)
Во-первых, мы можем получить
решив уравнение (8.b), а затем проинтегрируем уравнение (8.c) и уравнение (8.d) для
. Практически уравнение (8.a), возникающее из
просто работает как отношение согласованности или условие интегрируемости.
В отличие от нелинейного Уравнение Пуассона Уравнение (7.b), уравнение (8.b) является линейным Уравнение лапласа; другими словами, суперпозиция данных вакуумных решений для уравнения (8.b) все еще является решением. Этот факт имеет широкое применение, например, для аналитического исказить черную дыру Шварцшильда.
Вставка A: Замечания по уравнению электровакуумного поля
Мы использовали осесимметричные операторы Лапласа и градиента, чтобы записать уравнения (7.a-7.e) и (8.a-8.d) в компактном виде, что очень полезно при выводе характеристического соотношения (7 .f). В литературе уравнения (7.a-7.e) и (8.a-8.d) также часто записываются в следующих формах:
![(A.1.a) quad psi _ {, , rho rho} + frac {1} { rho} psi _ {, , rho} + psi _ {, , zz} = , ( psi _ {, , rho}) ^ 2 + ( psi _ {, , z}) ^ 2 + gamma _ {, , rho rho} + gamma _ {, , zz}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/296b3867c53098501232711d82f44293dc870fe2)
![(A.1.b) quad psi _ {, , rho rho} + frac {1} { rho} psi _ {, , rho} + psi _ {, , zz} = e ^ {- 2 psi} big ( Phi ^ 2 _ {, , rho} + Phi ^ 2 _ {, , z} big)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ae3a3ca53286a6dc6818cff7b62ab7c3714697ad)
![(A.1.c) quad frac {1} { rho} , gamma _ {, , rho} = , psi ^ 2 _ {, , rho} - psi ^ 2_ {, , z} -e ^ {- 2 psi} big ( Phi ^ 2 _ {, , rho} - Phi ^ 2 _ {, , z} big)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9ee1ab4423d478a64bfe90c50c3a47e1041a157b)
![(A.1.d) quad frac {1} { rho} , gamma _ {, , z} = , 2 psi _ {, , rho} psi _ {, , z} - 2e ^ {- 2 psi} Phi _ {, , rho} Phi _ {, , z}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/83827a4c4d94169f4a14fc25b12fd49e9ce755eb)
![(A.1.e) quad Phi _ {, , rho rho} + frac {1} { rho} Phi _ {, , rho} + Phi _ {, , zz} = , 2 psi _ {, , rho} Phi _ {, , rho} +2 psi _ {, , z} Phi _ {, , z}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e2d41543db409184ef446abf3e4106c0a655b1df)
и
![(A.2.a) quad ( psi _ {, , rho}) ^ 2 + ( psi _ {, , z}) ^ 2 = - gamma _ {, , rho rho} - гамма _ {, , zz}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4c26157d4dcf92d5bbb77d4a34bd886595fc9551)
![(A.2.b) quad psi _ {, , rho rho} + frac {1} { rho} psi _ {, , rho} + psi _ {, , zz} = 0](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/646968e0b9580ccfb71d42bdb021e4e432476b5d)
![(A.2.c) quad gamma _ {, , rho} = rho , Big ( psi ^ 2 _ {, , rho} - psi ^ 2 _ {, , z} Big )](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d8959bf6bcefbf17462c870e0e69f1f09bce57d)
![(A.2.d) quad gamma _ {, , z} = 2 , rho , psi _ {, , rho} psi _ {, , z} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc37215e8c630748270c0f9b91d114484f4e9fda)
Вставка B: Получение электровака Вейля
![psi sim Phi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/532f084d40ab13258e930a5ebac901fb44a36f5e)
характеристическое отношение
Учитывая взаимодействие между геометрией пространства-времени и распределениями энергии-материи, естественно предположить, что в уравнениях (7.a-7.e) метрическая функция
связана с электростатическим скалярным потенциалом
через функцию
(что означает, что геометрия зависит от энергии), и отсюда следует, что
![(B.1) quad psi _ {, , i} = psi _ {, , Phi} cdot Phi _ {, , i} quad, quad nabla psi = psi _ {, , Phi} cdot nabla Phi quad, quad
nabla ^ 2 psi = psi _ {, , Phi} cdot nabla ^ 2 Phi + psi _ {, , Phi Phi} cdot ( nabla Phi) ^ 2,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b0892cd8deb079452873663d21c8f981f4725faa)
Уравнение (B.1) немедленно превращает уравнения (7.b) и (7.e) соответственно в
![(B.2) quad Psi _ {, , Phi} cdot nabla ^ 2 Phi , = , big (e ^ {- 2 psi} - psi _ {, , Phi Phi} big) cdot ( nabla Phi) ^ 2,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3ea7c137cf8a4b8d943c42faf821a4b587346e9f)
![(B.3) quad nabla ^ 2 Phi , = , 2 psi _ {, , Phi} cdot ( nabla Phi) ^ 2,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1251f020387f901e369581c99e1aa36a7c6f11ee)
которые дают начало
![(B.4) quad psi _ {, , Phi Phi} +2 , big ( psi _ {, , Phi} big) ^ 2-e ^ {- 2 psi} = 0 .](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c0eeee9a61c435ca609dbfad1fc3430081a184a1)
Теперь замените переменную
к
, а уравнение (Б.4) упрощается до
![(В.5) quad zeta _ {, , Phi Phi} -2 = 0.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1fbd9db6f593031b9b3311b57af8a0c411bdb669)
Прямая квадратура уравнения (B.5) дает
, с
являются интегральными константами. Чтобы возобновить асимптотическую плоскостность на пространственной бесконечности, нам потребуется
и
, значит, должно быть
. Также перепишем константу
в качестве
для математического удобства в последующих вычислениях, и, наконец, получаем характеристическое соотношение, подразумеваемое уравнениями (7.a-7.e), что
![(7.f) quad e ^ {2 psi} = Phi ^ 2-2C Phi + 1 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/332cdb4270208d4f0cc326b7c614cdecf550f9f7)
Это соотношение важно для линеаризации уравнений (7.a-7.f) и совмещения электровакуумных растворов Вейля.
Ньютоновский аналог метрического потенциала Ψ (ρ, z)
В метрическом уравнении Вейля (1)
; таким образом, в приближении предела слабого поля
, надо
![(9) quad g_ {tt} = - (1 + 2 psi) - mathcal {O} ( psi ^ 2) ,, quad g _ { phi phi} = 1-2 psi + mathcal {O} ( psi ^ 2) ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5994c54c15e7ce04b336b8866327568f3f8e04c6)
и поэтому
![(10) quad ds ^ 2 приблизительно- Big (1 + 2 psi ( rho, z) Big) , dt ^ 2 + Big (1-2 psi ( rho, z) Big ) Big [e ^ {2 gamma} (d rho ^ 2 + dz ^ 2) + rho ^ 2 d phi ^ 2 Big] ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f14ecc7bfcd9ed6af4af6da2e7550aefe5d5f955)
Это очень похоже на хорошо известную приближенную метрику для статических и слабых гравитационные поля генерируются маломассивными небесными телами, такими как Солнце и Земля,[5]
![(11) quad ds ^ 2 = - Big (1 + 2 Phi_ {N} ( rho, z) Big) , dt ^ 2 + Big (1-2 Phi_ {N} ( rho , z) Big) , Big [d rho ^ 2 + dz ^ 2 + rho ^ 2d phi ^ 2 Big] ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/421c551858782f3c65a96bbbb1e8e0a7694b4a8e)
куда
это обычный Ньютоновский потенциал удовлетворяющее уравнению Пуассона
, как и уравнение (3.a) или уравнение (4.a) для метрического потенциала Вейля
. Сходства между
и
вдохновлять людей узнавать Ньютоновский аналог из
при изучении класса решений Вейля; то есть воспроизвести
нерелятивистски по определенному типу ньютоновских источников. Ньютоновский аналог
оказывается весьма полезным при указании конкретных решений типа Вейля и расширении существующих решений типа Вейля.[2]
Решение Шварцшильда
Потенциалы Вейля, порождающие Метрика Шварцшильда как решения вакуумных уравнений уравнение (8) даются[2][3][4]
![(12) quad psi_ {SS} = frac {1} {2} ln frac {LM} {L + M} ,, quad gamma_ {SS} = frac {1} {2} ln frac {L ^ 2-M ^ 2} {l_ + l _-} ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9b652ff0cbec50402346b3f4153733d9233a419b)
куда
![(13) quad L = frac {1} {2} big (l_ + l_- big) ,, quad l_ + = sqrt { rho ^ 2 + (z + M) ^ 2} ,, quad l_- = sqrt { rho ^ 2 + (zM) ^ 2} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7f3b0d6b44fb7230aa333a95a161474dce436115)
С точки зрения ньютоновского аналога,
равен гравитационному потенциалу, создаваемому стержнем массы
и длина
размещены симметрично на
-ось; то есть линейной массой однородной плотности
вложил интервал
. (Примечание: на основе этого аналога были разработаны важные расширения метрики Шварцшильда, как описано в ссылке.[2])
Данный
и
, Метрика Вейля Eq ( ref {метрика Вейля в канонических координатах}) принимает вид
![(14) quad ds ^ 2 = - frac {LM} {L + M} dt ^ 2 + frac {(L + M) ^ 2} {l_ + l _-} (d rho ^ 2 + dz ^ 2) + frac {L + M} {LM} , rho ^ 2 d phi ^ 2 ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/02eb3f94b390761c78a3c188ec772143c60e4a1a)
и после замены следующих взаимосогласованных отношений
![(15) quad L + M = r ,, quad l_ + - l_- = 2M cos theta ,, quad z = (r-M) cos theta ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7761e68bb9a4b70b8e3326d2c326a1e35b386a55)
![; ; quad rho = { sqrt {r ^ {2} -2Mr}} , sin theta ,, quad l _ {+} l _ {-} = (rM) ^ {2} - M ^ {2} cos ^ {2} theta ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/260eb8fb64dc670c378f2fab2252fa0cf47bbc8b)
можно получить общий вид метрики Шварцшильда в обычном
координаты,
![(16) quad ds ^ 2 = - Big (1- frac {2M} {r} Big) , dt ^ 2 + Big (1- frac {2M} {r} Big) ^ { -1} dr ^ 2 + r ^ 2d theta ^ 2 + r ^ 2 sin ^ 2 theta , d phi ^ 2 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/02dc2884c1a5729db36e035d2d2526b557e85a5f)
Метрическое уравнение (14) нельзя напрямую преобразовать в уравнение (16), выполнив стандартное цилиндрическо-сферическое преобразование
, потому что
завершено, пока
неполный. Вот почему мы звоним
в уравнении (1) как канонические координаты Вейля, а не цилиндрические координаты, хотя у них много общего; например, лапласиан
в уравнении (7) - это в точности двумерный геометрический лапласиан в цилиндрических координатах.
Неэкстремальное решение Рейсснера – Нордстрема
Потенциалы Вейля, порождающие неэкстремальную Рейсснер-Нордстрём решение (
) как решения уравнений (7} даются выражениями[2][3][4]
![(17) quad psi_ {RN} = frac {1} {2} ln frac {L ^ 2- (M ^ 2-Q ^ 2)} {(L + M) ^ 2} ,, quad gamma_ {RN} = frac {1} {2} ln frac {L ^ 2- (M ^ 2-Q ^ 2)} {l_ + l _-} ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04d6baf5fa640bc1c393894db47a92fe955c2dfe)
куда
![(18) quad L = frac {1} {2} big (l_ + l_- big) ,, quad l_ + = sqrt { rho ^ 2 + (z + sqrt {M ^ 2 -Q ^ 2}) ^ 2} ,, quad l_- = sqrt { rho ^ 2 + (z- sqrt {M ^ 2-Q ^ 2}) ^ 2} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9d2bed39bc7f1e10f4addc7f295dec523bf8df8c)
Таким образом, учитывая
и
, Метрика Вейля принимает вид
![(19) quad ds ^ 2 = - frac {L ^ 2- (M ^ 2-Q ^ 2)} {(L + M) ^ 2} dt ^ 2 + frac {(L + M) ^ 2 } {l_ + l _-} (d rho ^ 2 + dz ^ 2) + frac {(L + M) ^ 2} {L ^ 2- (M ^ 2-Q ^ 2)} rho ^ 2 d phi ^ 2 ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/04efc456ec1046374ec37044dc88372dd9aea39e)
и используя следующие преобразования
![{ displaystyle (20) quad L + M = r ,, quad l _ {+} - l _ {-} = 2 { sqrt {M ^ {2} -Q ^ {2}}} , cos theta ,, quad z = (rM) cos theta ,,}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2996cbea2e1256c17ad3e68900b2ee276ff38da1)
![; ; quad rho = sqrt {r ^ 2-2Mr + Q ^ 2} , sin theta ,, quad l_ + l _- = (rM) ^ 2- (M ^ 2-Q ^ 2) соз ^ 2 тета ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cf5d7654da07e834df768ff8cb6f2f812fdd9762)
можно получить общую форму неэкстремальной метрики Рейсснера – Нордстрёма в обычном
координаты,
![(21) quad ds ^ 2 = - Big (1- frac {2M} {r} + frac {Q ^ 2} {r ^ 2} Big) , dt ^ 2 + Big (1- frac {2M} {r} + frac {Q ^ 2} {r ^ 2} Big) ^ {- 1} dr ^ 2 + r ^ 2d theta ^ 2 + r ^ 2 sin ^ 2 theta , d phi ^ 2 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f900a0c15d270b262555814e25c9b716176a4076)
Экстремальное решение Рейсснера – Нордстрёма.
Потенциалы, порождающие экстремальный Решение Рейсснера – Нордстрема (
) как решения уравнений (7} даются выражениями[4] (Примечание: мы относимся к экстремальный решение отдельно, потому что это намного больше, чем вырожденное состояние неэкстремального аналога.)
![(22) quad psi_ {ERN} = frac {1} {2} ln frac {L ^ 2} {(L + M) ^ 2} ,, quad gamma_ {ERN} = 0 ,, quad text {with} quad L = sqrt { rho ^ 2 + z ^ 2} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d52430d271c0b1496654cf2f2945dcf434d8de31)
Таким образом, экстремальная метрика Рейсснера – Нордстрема имеет вид
![(23) quad ds ^ 2 = - frac {L ^ 2} {(L + M) ^ 2} dt ^ 2 + frac {(L + M) ^ 2} {L ^ 2} (d rho ^ 2 + dz ^ 2 + rho ^ 2d phi ^ 2) ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f64f02c6a66cf8954752b9b3c151977dd8135b1b)
и заменив
![(24) quad L + M = r ,, quad z = L cos theta ,, quad rho = L sin theta ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fcca322bbbf13ce7603746b8201863408a45c0c1)
получаем экстремальную метрику Рейсснера – Нордстрёма в обычном
координаты,
![(25) quad ds ^ 2 = - Big (1- frac {M} {r} Big) ^ 2 dt ^ 2 + Big (1- frac {M} {r} Big) ^ { -2} dr ^ 2 + r ^ 2d theta ^ 2 + r ^ 2 sin ^ 2 theta , d phi ^ 2 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/15f9b0c341c011c9d181c45e3700ec6541e36f17)
Математически экстремаль Рейсснера – Нордстрема может быть получена путем перехода к пределу
соответствующего неэкстремального уравнения, а пока нужно использовать Правило госпиталя иногда.
Примечания: метрика Вейля (1) с нулевым потенциалом
(подобно экстремальной метрике Рейсснера – Нордстрёма) составляют специальный подкласс, который имеет только один метрический потенциал
быть идентифицированным. Расширяя этот подкласс путем отмены ограничения осесимметрии, мы получаем другой полезный класс решений (все еще использующий координаты Вейля), а именно: конформный метрики[6][7]
![(26) quad ds ^ 2 , = - e ^ {2 lambda ( rho, z, phi)} dt ^ 2 + e ^ {- 2 lambda ( rho, z, phi)} Большой (d rho ^ 2 + dz ^ 2 + rho ^ 2 d phi ^ 2 Big) ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/617d11c3d86df797b82b3a0b8539e12be39b5d51)
где мы используем
в уравнении (22) как единственную метрическую функцию вместо
в уравнении (1), чтобы подчеркнуть, что они различаются осевой симметрией (
-зависимость).
Вакуумные решения Вейля в сферических координатах
Метрика Вейля также может быть выражена в сферические координаты который
![(27) quad ds ^ 2 , = - e ^ {2 psi (r, theta)} dt ^ 2 + e ^ {2 gamma (r, theta) -2 psi (r, theta) )} (dr ^ 2 + r ^ 2d theta ^ 2) + e ^ {- 2 psi (r, theta)} rho ^ 2 d phi ^ 2 ,,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b729c4c02b15d24f0cb69e4217e7c4a369e0f3be)
что равняется уравнению (1) через преобразование координат
(Примечание: как показано уравнениями (15) (21) (24), это преобразование не всегда применимо.) В случае вакуума уравнение (8.b) для
становится
![(28) quad r ^ 2 psi _ {, , rr} + 2r , psi _ {, , r} + psi _ {, , theta theta} + cot theta cdot psi_ { , , theta} , = , 0 ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ab234a42de778e6bf694c7cd74f58e00f2ef039e)
В асимптотически плоский решения уравнения (28) есть[2]
![(29) quad psi (r, theta) , = - sum_ {n = 0} ^ infty a_n frac {P_n ( cos theta)} {r ^ {n + 1}} , ,](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3aa9fc1649f6e193fb3315520e5e9322a224a5fc)
куда
представлять Полиномы Лежандра, и
находятся многополюсный коэффициенты. Другой метрический потенциал
дан кем-то[2]
![frac {P_l P_m-P_ {l + 1} P_ {m + 1}} {r ^ {l + m + 2}} ,.](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/482f0c072953c101b330d0a6610e786def12f2a7)
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Вейл, Х., "Zur Gravitationstheorie", Анна. дер Физик 54 (1917), 117–145.
- ^ а б c d е ж грамм час Джереми Брансом Гриффитс, Иржи Подольский. Точное пространство-время в общей теории относительности Эйнштейна. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 2009. Глава 10.
- ^ а б c Ганс Стефани, Дитрих Крамер, Малькольм МакКаллум, Корнелиус Хенселаерс, Эдуард Херльт. Точные решения уравнений поля Эйнштейна.. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 2003. Глава 20.
- ^ а б c d Р. Готро, Р. Б. Хоффман, А. Арменти. Статические многочастичные системы в общей теории относительности. IL NUOVO CIMENTO B, 1972 г., 7(1): 71-98.
- ^ Джеймс Б. Хартл. Гравитация: Введение в общую теорию относительности Эйнштейна. Сан-Франциско: Addison Wesley, 2003. Уравнение (6.20) преобразовано в лоренцевы цилиндрические координаты.
- ^ Гильермо А. Гонсалес, Антонио К. Гутьеррес-Пинерес, Паоло А. Оспина. Конечные осесимметричные заряженные пылевые диски в конформастатическом пространстве-времени. Physical Review D, 2008 г., 78(6): 064058. arXiv: 0806.4285v1
- ^ Антонио К. Гутьеррес-Пинерес, Гильермо А Гонсалес, Эрнандо Кеведо. Конформастатические диски-гало в гравитации Эйнштейна-Максвелла. Physical Review D, 2013 г., 87(4): 044010. [1]