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ふみかわら西にしぶんまわし

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ふみかわら西にしぶんまわしSchwarzschild metric),またたたえかわら西にし幾何きかふみかわら西にしかい卡爾·かわら西にし於1915ねんはりたい广义しょう对论てき核心かくしんかたほど——あいいん斯坦じょう方程式ほうていしき——关于球状きゅうじょうぶつ分布ぶんぷてきかい根據こんきょはくこうおっと定理ていり(Birkhoff's theorem),かわら西にしかいせつあいいん斯坦かたほどさい一般的球對稱真空解。這樣てきかいまたしょうさくふみかわら西にしくろほら,此種幾何きか對應たいおういち靜止せいし旋轉せんてんおび電荷でんかこれくろほらざい物理ぶつりじょう它可以對おうにんなにたま對稱たいしょうほしだま外部がいぶてき時空じくう幾何きかよし此常常用じょうよう近似きんじ於不どう旋轉せんてん緩慢かんまんとおしょう光速こうそくてき天體てんたいてき重力じゅうりょくじょうれい恆星こうせいくだりぼしひとし

ざいかわら西にしかいちゅうただゆう一個刻劃該解的參數,以看なりかわら西にしくろほらてき質量しつりょうよし此某方面ほうめんらいせつ,一個史瓦西黑洞只能用他的質量來區別,りょう質量しつりょう相等そうとうてきかわら西にしくろほらざい物理ぶつりじょう完全かんぜんいちようてきかわら西にしかいゆう重要じゅうようてきちょう曲面きょくめんさけべ事件じけん視界しかいざい事件じけん視界しかい發生はっせいてき事件じけん法被はっぴ事件じけん視界しかい外的がいてき觀測かんそくしゃ觀測かんそくいた。它並にんなん物理ぶつりじょう實際じっさい存在そんざいてきかいめん事實じじつじょう,如果ゆういち觀測かんそくしゃ通過つうか事件じけん視界しかいかいかん受到にんなん異狀いじょうただしこれ一旦いったん通過つうか事件じけん視界しかい觀測かんそくしゃはた無法むほうかいいたくろほら外部がいぶ視界しかいてき大小だいしょうゆかりふみかわら西にし半徑はんけい描述,質量しつりょうためてきくろほらかわら西にし半徑はんけいため

此外かわら西にしかい另一個重要的特徵是它包含了奇異きいてんざい奇異きいてん時空じくうてききょくりつ發散はっさん古典こてんてき廣義こうぎ相對そうたいろんなみ適用てきようざい奇異きいてんじょう故實こじつ如何いかざい物理ぶつりじょうかいしゃく奇異きいてんなみ不明ふめいかく可能かのう需要じゅよういち考慮こうりょ量子りょうしこうおうてき量子りょうし重力じゅうりょく理論りろん才能さいのうきゅうこうてき解釋かいしゃくにんなん通過つうか事件じけん視界しかいてきるい(time-like)てき觀測かんそくしゃ都會とかい碰到奇異きいてん

ふみかわら西にしぶんまわし[编辑]

利用りようふみかわら西にし座標ざひょうふみかわら西にしぶんまわし表示ひょうじなり如下形式けいしき

其中これ重力じゅうりょく常數じょうすう光速こうそく解釋かいしゃくためさんせい重力じゅうりょくてき物體ぶったい質量しつりょう,而

これ維球めん(2-sphere)じょうてき標準ひょうじゅんぶんまわしそく立體りったいかくてき標準ひょうじゅん單元たんげん)。

定義ていぎ

しょうさくふみかわら西にし半徑はんけいざいかわら西にしかいちゅうふんえんじせきかぎかくしょく

ふみかわら西にしぶんまわし實際じっさいじょう真空しんくうじょう方程式ほうていしきてき解析かいせきかい意思いしじょう表示ひょうじ其僅ざい重力じゅうりょくらいげん物體ぶったい以外いがいてき地方ちほうのう成立せいりつ。也就せつたいいち半徑はんけいこれ球狀きゅうじょうたい,此解僅在どき成立せいりつしか而,わかしょう於史かわら西にし半徑はんけい,此時かい描述てきいちくろほらためりょうよう描述重力じゅうりょくらいげん物體ぶったい內部あずか外部がいぶ兩者りょうしゃてき重力じゅうりょくじょうかわら西にしかい必須ひっす跟一個適當的內部解在しょ連續れんぞく。而內かいてき形式けいしき多樣たようれい如如はてほしだまため不可ふか壓縮あっしゅく流體りゅうたいのり內部かいためふみかわら西にし內度ぶんまわし(Interior Schwarzschild metric)。

此外,注意ちゅういいたとうあるかわら西にしぶんまわし近似きんじため閔可おっと斯基時空じくう

直觀ちょっかんじょうせつ,這樣てき結果けっか合理ごうりてきすんでしかとおはなれりょう重力じゅうりょくらいげん物體ぶったい空理くうり應變おうへんとくきん乎平じき具有ぐゆう這樣性質せいしつてきぶんまわししょうさく漸進ぜんしんたいらただし (asymptotically flat)。

歷史れきし[编辑]

如其めい卡爾·かわら西にしだい一個發現史瓦西度規的人。該精かくかい發現はつげん1915ねんそこ,旋即ざい1916ねんはつ發表はっぴょう[1]ただ廣義こうぎ相對そうたいろん本身ほんみばんいく個月かげつ發表はっぴょう而已。かわら西にしざい發表はっぴょう論文ろんぶんひさ便びん於在だいいち世界せかい大戰たいせん服役ふくえき所得しょとくてき疾病しっぺい[2]

ふみかわら西にしかいじょりょう顯然けんぜんてきひら空間くうかんかいそとだい一個為世人所知的愛因斯坦方程精確解。而在1916ねんやく翰內斯·とく斯特以更簡單かんたんさら直接的ちょくせつてき方式ほうしき獨立どくりつ導出どうしゅつりょうかわら西にしかい[3][4]

ざい廣義こうぎ相對そうたいろん發表はっぴょうはつ物理ぶつりがくたいかわら西にしかいある其他かい內的奇異きいてんてき意義いぎ了解りょうかい事實じじつじょうざいかわら西にしてき文章ぶんしょうちゅうしょう現今げんこんみとめため事件じけん視界しかいてきてんしつらえためみちむこう座標ざひょうてき原點げんてん[5] ,而又ざい文章ぶんしょうちゅう引進りょういち輔助座標ざひょうわが們現こんしょう它為てきかわら西にしみちこう座標ざひょう,也就うえぶし公式こうしきちゅうてき座標ざひょう

一個更完整的分析在隔年由だいまもる·まれしかはくとくきゅうなみ且指りょう兩個りゃんこ可能かのうてき奇異きいてん   當時とうじ一般いっぱんみとめため   ため一個真正幾何上的奇點,ただしたい てき本質ほんしつ仍不清楚せいそ

·はん勒衛おもねしかかわら·なんじ斯特らんとく分別ふんべつざい19211922ねん獨立どくりつ導出どうしゅつあいいん斯坦かたほどたま對稱たいしょうてき真空しんくうかい們在 しょなみぼつゆうてんざい們並了解りょうかい這個かいかわら西にしかいざい其他座標ざひょうてき形式けいしき事實じじつじょう們還よう此解說明せつめい廣義こうぎ相對そうたいろんゆうかけしつてき。如今這個かいしょうためなんじ斯特らんとく-はん勒衛座標ざひょう(Gullstrand–Painlevé coordinates),顯示けんじただかわら西にしかいてきいち座標ざひょう形式けいしき而已。

ざい 1924ねん瑟·あいひのととみ構造こうぞうりょうだいいち座標ざひょう變換へんかん使つかいとくかわら西にしかいざい しょぼつゆうてん,也就あいひのととみ-芬克斯坦座標ざひょう(Eddington–Finkelstein coordinates)。ただし乎沒有意ゆうい識到這個發現はつげん重要じゅうようせいずいざい1932ねんたかし·勒梅とくきゅうりょういちざい しょぼつゆうてんてき座標ざひょう(勒梅とく座標ざひょう,Lemaître coordinates),なみ且意識到 しょ物理ぶつりじょう真正しんせいてきてん。而在1939ねん霍華とく·はくへりくだ證明しょうめいりょういち自由じゆう墜落ついらくてき觀測かんそくしゃただかいざい有限ゆうげんてきはらとき通過つうか しょ,雖然たい一個在遠處的觀測者來說,需要じゅよう耗費無限むげんひさてき時間じかん[6]

ざい1950ねんやく翰·からしかく找出りょうせいかわら西にしかいてき最大さいだい解析かいせきのべたく形式けいしきなみ且再證明しょうめいりょう しょてんただこれ座標ざひょう選擇せんたく造成ぞうせいてき假象かしょう[7]これ類似るいじてき最大さいだい解析かいせきのべつぶせかい獨立どくりつてきふさが凱賴什·あきらなんじきち馬丁ばてい·かつ魯斯卡爾發現はつげん[8] [9]而這座標ざひょう如今しょうためかつ魯斯卡爾-ふさが凱賴什座標ざひょう(Kruskal-Szekeres coordinates)。這個座標ざひょうからしかくきゅうてき座標ざひょうかえよう簡單かんたん許多きょたただし兩者りょうしゃ一套可以完整覆蓋所有史瓦西解的座標系統。はなし雖如此,可能かのういんため發表はっぴょうてきかんてき關係かんけい,勒梅とくからしかくてき論文ろんぶんなみぼつゆう受到學界がっかい注意ちゅうい使つかいとく眾多知名ちめいてき物理ぶつりがく包括ほうかつあいいん斯坦,みとめためざいかわら西にし半徑はんけいじょうてきてん實際じっさい存在そんざいてき

ずいいたりょう1960年代ねんだい,一些更高等的數學工具例如微分びぶん幾何きか進入しんにゅうりょう廣義こうぎ相對そうたいろんてき研究けんきゅうざいゆうさらてき進展しんてん利用りよう微分びぶん幾何きかてき概念がいねんろうりん茲流がたうえてきてん以被精確せいかくてき定義ていぎ。而這ゆずるせいかわら西にしぶんまわしじょうてきてん完全かんぜんてき確立かくりつらいなみ且正しきてき證明しょうめいりょうしょただ一時空上的事件視界而已。

奇異きいてん事件じけん視界しかい[编辑]

ふみかわら西にしぶんまわしざい しょ發散はっさんてき表示ひょうじ可能かのう奇異きいてん一般いっぱん而言,かわら西にしかいただのう描述一個球對稱星體外部的時空結構, いん此如はてほしたい半徑はんけい まとばなし就無にんなん問題もんだいたい一般いっぱんてき恆星こうせい,這條件じょうけんいく乎在所有しょゆう時候じこう都會とかい滿足まんぞくれい太陽たいよう半徑はんけい大約たいやくため 700,000 公里くりただし其史かわら西にし半徑はんけい大約たいやくただゆう 3 公里くり

實際じっさいじょうしょいち事件じけん視界しかいしょうせい時空じくうぶんなり兩個りゃんこ區域くいきかわら西にし外部がいぶかい( Exterior Schwarzschild solution),也就 てき區域くいき。它可以描じゅつほしたいてき外部がいぶ結構けっこう。而史かわら西にし內部かい (Interior Schwarzschild solution) のりため てき區域くいき們是兩個りゃんこ互不重疊ちょうじょうてき局部きょくぶすわしるべけい (またたたえため座標ざひょう, coordinate chart),なみ且可ため互相獨立どくりつてきかいざい てき地方ちほうなみいち真實しんじつてき奇異きいてんぶんまわしかい發散はっさんいんためわが們選りょういち恰當てき座標ざひょう系統けいとう,如果あらためよう其他てき座標ざひょう系統けいとうれいかつ魯斯卡爾-ふさが凱賴什座標ざひょうのりざい しょ就不かい發散はっさん。而使用しよう這樣てき座標ざひょう系統けいとうそく以讓わが們把かわら西にし外部がいぶかい延伸えんしんいたかわら西にし內部かい[10]

ふみかわら西にし內部かい一個完全合法的愛因斯坦方程解,ただしゆう許多きょたゆうおもむきてき性質せいしつれい如說,ざい內部うらめんみちこう座標ざひょう これるいてき,而時あいだ座標ざひょう これるい空間くうかんてき。也就せつ觀測かんそくしゃ不可能ふかのう維持いじざいとうみちこう距離きょり移動いどう( 常數じょうすう)。事實じじつじょういんため觀測かんそくしゃてき未來みらいひかりきり永遠えいえん指向しこう へんしょうてき方向ほうこう所以ゆえんにんなんざい這個區域くいきてき觀測かんそくしゃおわりしょうかい碰到 しょ(奇異きいてん)。よししょ以看なりいち界線かいせんにんなん觀測かんそくしゃ進入しんにゅうりょう這個かいげんこれはたさい也無ほうだつはなれくろほら,而任なんざいてき觀測かんそくしゃ也無ほう接受せつじゅ到來とうらい しょてき訊息[11]

相對そうたいしょてき事件じけん視界しかいざい てき地方ちほう一個真正物理上的奇異點,またたたえため重力じゅうりょく奇異きいてん(Gravitational singulartiy)。よう證明しょうめい真正しんせいてき奇異きいてんわが們可以檢查いく重要じゅうようてき座標ざひょう變量へんりょう發散はっさんれい柯瑞曼純りょう (Kretschmann scalar)。而我們發現はつげんかわら西にしぶんまわしてき 柯瑞曼純りょう

以看とく出來でき它在 しょ發散はっさんてきいん此這いち真正しんせいてきてんあいいん斯坦かたほど無法むほう描述此處ここてき時空じくう性質せいしつ物理ぶつりがく也無ほう確定かくていざいざい奇異きいてんかい發生はっせい甚麼いんもごとあるもの代表だいひょう甚麼いんも意義いぎ。一般相信需要一個完整的量子りょうし重力じゅうりょく理論りろんあるもの一個考慮量子修效應的はん古典こてん重力じゅうりょく才能さいのう解釋かいしゃく重力じゅうりょくてんてき現象げんしょうざい過去かこ物理ぶつりがくみとめためゆう這樣一個有重力奇異點的解是沒有物理意義的。ただしずいちょじん們對廣義こうぎ相對そうたいろんゆうさら深入ふかいりてき了解りょうかいこれ們意識到りょう這種ゆう引力いんりょく奇異きいてんてきかい一般いっぱんてき現象げんしょうかわら西にしぶんまわしてき奇異きいてんいち特殊とくしゅてき例外れいがい

其他座標ざひょう系統けいとう[编辑]

じょりょう上述じょうじゅつてきようてきかわら西にし座標ざひょうそとかわら西にしぶんまわし也可以用其他てき座標ざひょう系統けいとう表示ひょうじ不同ふどうてき座標ざひょう系統けいとう強調きょうちょうかわら西にしかい不同ふどうてき特性とくせい以下いかれついく常見つねみてき座標ざひょう系統けいとう[12]注意ちゅういざい這裡光速こうそくしつらえため1,またそく,而

これ維球めん(2-sphere)じょうてき標準ひょうじゅんぶんまわし

あいひのととみ-芬克斯坦座標ざひょう[编辑]

它的形式けいしきゆうりょうたね分別ふんべつためこう內型こうそとがたこう內的座標ざひょうため

而向外的がいてき座標ざひょうため

們在かわら西にし半徑はんけい解析かいせきてき,其中こう內型てき座標ざひょう延伸えんしんいた未來みらい事件じけん視界しかい,而向がいがたてき座標ざひょう延伸えんしんいた過去かこ事件じけん視界しかい

かくこう同性どうせい座標ざひょう[编辑]

它的座標ざひょう形式けいしきため

其中 [13]。它的こうきりざいとう時間じかんてき切片せっぺんじょうどうむこうてき

かつ魯斯卡爾-ふさが凱賴什座標ざひょう[编辑]

它的座標ざひょう形式けいしきため

其中 ため てき函數かんすう,它滿足まんぞく以下いかてきかくれしきかたほど

此度ぶんまわし一樣在史瓦西半徑處是解析的,而且它是せいかわら西にしかいてき最大さいだい解析かいせきのべたく形式けいしき

其他[编辑]

此外かえゆう一些比較少用到的座標形式:

  • 勒梅とく座標ざひょう (Lemaître coordinates)
  • なんじ斯特らんとく-はん勒衛座標ざひょう(Gullstrand–Painlevé coordinates)

它們てきとくてんざいかわら西にし半徑はんけいじょう解析かいせきてき

ふう閉軌どう[编辑]

兩個りゃんこ自由じゆう物體ぶったい分別ふんべつざい古典こてん重力じゅうりょく(ひだり)和史かずしかわら西にしぶんまわし(みぎ)運動うんどうてきじょうがた注意ちゅういいたざい右邊うへんてき情況じょうきょうかいゆう近日きんじつてんしんどう

たい於一個在史瓦西黑洞自由運動的物體,ざい恰當てきおこりはじめ條件じょうけんしも可能かのう以有ふう閉圓かたち軌道きどう。這樣てき軌道きどうそん存在そんざいけつ於物たいはなれくろほらてき距離きょり半徑はんけいため てき軌道きどう存在そんざい且穩じょうてき。而半徑はんけいためかい これあいだてき軌道きどう存在そんざいただし不穩ふおんじょう。而半徑はんけいしょうてき軌道きどう存在そんざいてきざい軌道きどう半徑はんけい趨近於最小さいしょうどき物體ぶったいてき速度そくどかい趨近於光そく當然とうぜん物體ぶったいかえ以在ようゆうかえようしょうてき軌道きどうただし此時必須ひっすたい物體ぶったいほどこせ外力がいりょくゆずる它不掉進くろほらうら

たい於非圓形えんけいてき軌道きどう物體ぶったいてき運動うんどう也會古典こてんうしとみ重力じゅうりょくあずかはかてきゆうしょ不同ふどう物體ぶったい再會さいかいふう閉的げん軌跡きせき定性ていせい而言,物體ぶったいざい近日きんじつてん附近ふきんてき時間じかんかいしょう較於古典こてん重力じゅうりょくあずかはかてき比較ひかくちょう。而いち物體ぶったい掉進くろほら永遠えいえんかいさい出來でき以看なり這個特性とくせいてき極端きょくたん情況じょうきょう

きょくりつはりりょう[编辑]

ふみかわら西にしぶんまわしてきさときょくりつ純量じゅんりょうさときょくりつはりりょうみなためれいただしてきはじむ曼曲りつはりりょうのり一定いっていためれい不為ふためれいてき分量ぶんりょうゆう[14]

注意ちゅうい其他以用きょくりつはりりょう對稱たいしょうせいいたてき分量ぶんりょうれつざい此表內。

相關そうかん條目じょうもく[编辑]

參考さんこう文獻ぶんけん[编辑]

  1. ^ Schwarzschild, K. Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie. Sitzungsberichte der Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften. 1916, 7: 189–196. Bibcode:1916AbhKP......189S.  For a translation, see Antoci, S.; Loinger, A. On the gravitational field of a mass point according to Einstein's theory. 1999. arXiv:physics/9905030可免费查阅 |class=ゆるがせりゃく (帮助). 
  2. ^ やく翰·J·おくかんおさむ; ほこりとくこうむ·F·はくへりくだ, Karl Schwarzschild, MacTutor数学すうがく档案 えい语) 
  3. ^ Droste, J. The field of a single centre in Einstein's theory of gravitation, and the motion of a particle in that field (PDF). Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Arts and Science. 1917, 19 (1): 197–215 [2018-02-15]. Bibcode:1917KNAB...19..197D. (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2013-05-18). 
  4. ^ Kox, A. J. General Relativity in the Netherlands:1915-1920. Eisenstaedt, J.; Kox, A. J. (编). Studies in the History of General Relativity. Birkhäuser. 1992: 41 [2018-02-15]. ISBN 978-0-8176-3479-7. (原始げんし内容ないようそん于2019-05-02). 
  5. ^ Brown, K. Reflections On Relativity. Lulu.com. 2011. Chapter 8.7 [2018-02-15]. ISBN 978-1-257-03302-7. (原始げんし内容ないようそん档于2019-12-13). 
  6. ^ Earman, J. The Penrose–Hawking singularity theorems: History and Implications. Goenner, H. (编). The expanding worlds of general relativity. Birkhäuser. 1999: 236- [2018-02-15]. ISBN 978-0-8176-4060-6. (原始げんし内容ないようそん于2019-05-02). 
  7. ^ Synge, J. L. The gravitational field of a particle. Proceedings of the Royal Irish Academy. 1950, 53 (6): 83–114. 
  8. ^ Szekeres, G. On the singularities of a Riemannian manifold. Publicationes Mathematicae Debrecen 7. 1960, 7: 285. Bibcode:2002GReGr..34.2001S. doi:10.1023/A:1020744914721. 
  9. ^ Kruskal, M. D. Maximal extension of Schwarzschild metric. Physical Review. 1960, 119 (5): 1743–1745. Bibcode:1960PhRv..119.1743K. doi:10.1103/PhysRev.119.1743. 
  10. ^ Hughston, L. P.; Tod, K. P. An introduction to general relativity. Cambridge University Press. 1990. Chapter 19. ISBN 978-0-521-33943-8. 
  11. ^ Brill, D. Black Hole Horizons and How They Begin. Astronomical Review. 19 January 2012 [2018-02-15]. (原始げんし内容ないようそん于2014-09-16). 
  12. ^ Ni, Wei-Tou (编). One Hundred Years of General Relativity: From Genesis and Empirical Foundations to Gravitational Waves, Cosmology and Quantum Gravity 1. World Scientific. : I-126. 
  13. ^ Eddington, A. S. The Mathematical Theory of Relativity 2nd. Cambridge University Press. 1924: 93. 
  14. ^ Misner, Charles W., Thorne, Kip S., Wheeler, John Archibald, "Gravitation", W.H. Freeman and Company, New York, ISBN 0-7167-0334-3