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广义相对论的施瓦西解

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:有了爱因斯坦场方程,剩下的任务就是解方程。当时正值第一次世界大战期间,欧洲一些国家把科学家也派到前线去,当时,施瓦西正在与俄国交战的前线,他看到爱因斯坦建立的广义相对论之后,立即开始计算爱因斯坦新理论对星体能做出什么预言。仅几个月后,施瓦西在战场上患病,不久就匆匆地离开了人世。施瓦西得到的是爱因斯坦真空场方程的一个准确解,即静态球对称星球外部的真空解,其中不为零的度规分量为

有了爱因斯坦场方程,剩下的任务就是解方程。然而,从场方程(11-1)可以看出,这个方程不容易求解。这个方程是一个关于度规gμν的二阶微分方程,度规gμν是对称张量,有10个独立分量,因此,这是一个有10个方程和10个未知变量组成的二阶微分方程组,求解起来非常困难,开始是爱因斯坦只得到静态球对称引力场的近似解。

1916年,有人给爱因斯坦寄来一封信,信中说他找到了爱因斯坦场方程(11-1)的一个准确解,想请爱因斯坦帮忙在物理学的学术会议上代为发表,这个人就是德国天文学家施瓦西。

当时正值第一次世界大战期间,欧洲一些国家把科学家也派到前线去,当时,施瓦西正在与俄国交战的前线,他看到爱因斯坦建立的广义相对论之后,立即开始计算爱因斯坦新理论对星体能做出什么预言。

由于分析一般星球在数学上过于复杂,为了简化计算,施瓦西考虑一个没有旋转的球状星体的外部空间,在这种情况下,爱因斯坦场方程可简化为

几天之后施瓦西就找到了答案,他把计算结果寄给爱因斯坦,1916年1月13日,爱因斯坦代表他在普鲁士科学院的会议上做了报告。仅几个月后,施瓦西在战场上患病,不久就匆匆地离开了人世。6月19日,爱因斯坦悲痛地向科学院报告,卡尔·施瓦西在俄国前线染病去世了,施瓦西死后,爱因斯坦还著文悼念施瓦西。

施瓦西得到的是爱因斯坦真空场方程(11-3)的一个准确解,即静态球对称星球外部的真空解,其中不为零的度规分量为

用线元表示为

这就是施瓦西解,这个解描述的是一个在真空中静止的、球对称的星体的外部空间的弯曲情况。

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