Пространственно-временная метрика, уравнения геодезических. Ньютоново приближение
Мы показали, что общее выражение (1.1.2) с помощью формул (1.1.3) и (1.1.4) может быть приведено к шварцшильдовой форме (1.1.12) путем чисто алгебраического преобразования соотношения (1.1.8). Таким образом, уравнения, выведенные с использованием метрики Шварцшильда, можно преобразовать к некоторой общей сферически симметричной метрике.
1.3 Изотропные координаты
Рассмотрим систему координат, определяемую формулой
В соответствии с (1.1.3), получаем
Дифференцируя (1.1.14) по, находим
Следовательно, по (1.1.4) имеем
или
и выражение (1.1.2) для элементапринимает вид
Это выражение известно как изотропная форма метрики Шварцшильда, поскольку, приняв в, можно найти, что координатная
скорость света в точке х, задаваемая формулой
одинакова во всех направлениях.
2. УРАВНЕНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ
Можно показать (см. Приложение В), что уравнения, определяющие геодезические, выводятся из обычных уравнений Эйлера — Лагранжа, которые в координатах Шварцшильда имеют вид
где— лагранжиан,
а точка сверху обозначает дифференцирование по
Уравнение (1.2.1) дает непосредственно
Или
где— постоянная интегрирования.
Формула (1.2.2) приводит к следующему выражению, вывод которого содержится в Приложении В:
Умножая (1.2.2) векторно на, получаем
вследствие того чтоТаким образом,
где Н — постоянная, а h — постоянный единичный вектор. Из последнего уравнения следует, что геодезическая лежит в плоскости, перпендикулярной h, а угловой момент по отношению к собственному времени остается неизменным. Угловой момент постоянен только в координатах Шварцшильда. В произвольной метрике, для которой уравнение (1.2.6) имеет вид
правая часть которого не является постоянной, поскольку x — функция
При этих условиях (1.2.6) эквивалентно уравнению
Интересные статьи:
В помощь учителю астрономии
1.
Предмет астрономии. Источники знаний в астрономии. Телескопы.
Узловые вопросы: 1. Что изучает астрономия. 2. Связь астрономии с другими науками. 3. Масштабы вселенной. 4. Значение астрономии в жизни общества. 5. Астрономические наб ...
Современные представления о мегамире
Введение
Огромное практическое значение науки в XX в. сделало ее той областью знания, к которой массовое сознание испытывает глубокое уважение. Слово науки весомо, и оттого рисуемая ею картина Вселенной часто принимается за точную фотог ...
Система небесных координат
Системы небесных координатиспользуются в астрономии для описания положения светил на небе или точек на воображаемой небесной сфере. Небесные координаты вводятся на геометрически правильной поверхности небесной сферы координатной сеткой, п ...