Az Einstein egyenletek alapvet megoldásai

Hasonló dokumentumok
Friedmann egyenlet. A Friedmann egyenlet. September 27, 2011

Bevezetés a görbe vonalú geometriába

METRIKA. 2D sík, két közeli pont közötti távolság, Descartes-koordinátákkal felírva:

Bevezetés a kozmológiába 1: a Világegyetem tágulása

A térképen ábrázolt vonal: - sík felület egyenese? - sík felület görbéje? - görbült felület egyenese ( geodetikus )? - görbült felület görbéje?

A térképen ábrázolt vonal: - sík felület egyenese? - sík felület görbéje? - görbült felület egyenese ( geodetikus )? - görbült felület görbéje?

Lagrange és Hamilton mechanika

Van-e a vákuumnak energiája? A Casimir effektus és azon túl

Stacionárius tengelyszimmetrikus terek a Kerr-Newman téridő

Szeminárium. Kaposvári István október 01. Klasszikus Térelmélet Szeminárium

Bevezetés a kozmológiába 1: a Világegyetem tágulása

ERŐ-E A GRAVITÁCIÓ? 1. példa:

A Hamilton-Jacobi-egyenlet

Riemanngeometria 1 c. gyakorlat A Riemann-terekkel kapcsolatos fogalmak, jelölések

Felügyelt önálló tanulás - Analízis III.

Az Általános Relativitáselmélet problémáinak leküzdése alternatív modellek használatával. Ált. Rel. Szondy György ELFT tagja

ANALÍZIS II. Példatár

Lineáris egyenletrendszerek

Gravitációs fényelhajlás gömbszimmetrikus téridőkben

ERŐ-E A GRAVITÁCIÓ? 1

egyetemi állások a relativitáselmélet általánosítása (1915) napfogyatkozás (1919) az Einstein-mítosz (1920-tól) emigráció 1935: Einstein-Podolsky-

Matematika 11 Koordináta geometria. matematika és fizika szakos középiskolai tanár. > o < szeptember 27.

Abszolút folytonos valószín ségi változó (4. el adás)

Utolsó el adás. Wettl Ferenc BME Algebra Tanszék, Wettl Ferenc (BME) Utolsó el adás / 20

A hullámegyenlet megoldása magasabb dimenziókban

Infobionika ROBOTIKA. X. Előadás. Robot manipulátorok II. Direkt és inverz kinematika. Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében

Emlékeztető: az n-dimenziós sokaság görbültségét kifejező mennyiség a Riemann-tenzor (Riemann, 1854): " ' #$ * $ ( ' $* " ' #µ

Véletlen bolyongás. Márkus László március 17. Márkus László Véletlen bolyongás március / 31

Fraktálok. Kontrakciók Affin leképezések. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék. TARTALOMJEGYZÉK Kontrakciók Affin transzformációk

Megoldott feladatok november 30. n+3 szigorúan monoton csökken, 5. n+3. lim a n = lim. n+3 = 2n+3 n+4 2n+1

A relativitáselmélet története

1. Példa. A gamma függvény és a Fubini-tétel.

Vektorterek. Wettl Ferenc február 17. Wettl Ferenc Vektorterek február / 27

Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik.

Lineáris algebra és a rang fogalma (el adásvázlat, szeptember 29.) Maróti Miklós

mérlegegyenlet. ϕ - valamely SKALÁR additív (extenzív) mennyiség térfogati

Kevert állapoti anholonómiák vizsgálata

Speciális relativitás

"Flat" rendszerek. definíciók, példák, alkalmazások

Szegedi Tudományegyetem. Diplomamunka

Atomok és molekulák elektronszerkezete

1.9. B - SPLINEOK B - SPLINEOK EGZISZTENCIÁJA. numerikus analízis ii. 34. [ a, b] - n legfeljebb n darab gyöke lehet. = r (m 1) n = r m + n 1

AZ UNIVERZUM GYORSULÓ TÁGULÁSA

Lineáris algebra 2. Filip Ferdinánd december 7. siva.banki.hu/jegyzetek

-2σ. 1. A végtelen kiterjedésű +σ és 2σ felületi töltéssűrűségű síklapok terében az ábrának megfelelően egy dipól helyezkedik el.

Kvadratikus alakok és euklideszi terek (előadásvázlat, október 5.) Maróti Miklós, Kátai-Urbán Kamilla

Véletlen jelenség: okok rendszere hozza létre - nem ismerhetjük mind, ezért sztochasztikus.

1. Generátorrendszer. Házi feladat (fizikából tudjuk) Ha v és w nem párhuzamos síkvektorok, akkor generátorrendszert alkotnak a sík vektorainak

Matematika (mesterképzés)

Parciális dierenciálegyenletek

Kozmológia egzakt tudomány vagy modern vallás?

17. előadás: Vektorok a térben

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

Nemzetközi Csillagászati és Asztrofizikai Diákolimpia Szakkör Távcsövek és kozmológia Megoldások

sin x = cos x =? sin x = dx =? dx = cos x =? g) Adja meg a helyettesítéses integrálás szabályát határozott integrálokra vonatkozóan!

Matematika II. 1 sin xdx =, 1 cos xdx =, 1 + x 2 dx =

1. Házi feladat. Határidő: I. Legyen f : R R, f(x) = x 2, valamint. d : R + 0 R+ 0

Geometriai vagy kinematikai természetű feltételek: kötések vagy. kényszerek. 1. Egy apró korong egy mozdulatlan lejtőn vagy egy gömb belső

A TételWiki wikiből. A Big Bang modell a kozmológia Standard modellje. Elsősorban megfigyelésekre és az általános relativitáselméletre épül.

Analízis III. gyakorlat október

A mérési eredmény megadása

Metrikus terek, többváltozós függvények

(a b)(c d)(e f) = (a b)[(c d) (e f)] = = (a b)[e(cdf) f(cde)] = (abe)(cdf) (abf)(cde)

1. FELADATSOR. x = u + v 2, y = v + z 2, z = z. u y + z. u x + y. v x + y. v y + z. w x + y. w y + z

A v n harmonikusok nehézion-ütközésekben

Analitikus térgeometria

= e i1 e ik e j 1. tenzorok. A k = l = 0 speciális esetben e az R egységeleme. A. e q 1...q s. = e j 1...j l q 1...q s

Samu Viktória. A Helmholtz-egyenlet

A brachistochron probléma megoldása

Denavit-Hartenberg konvenció alkalmazása térbeli 3DoF nyílt kinematikai láncú hengerkoordinátás és gömbi koordinátás robotra

Határozatlansági relációk származtatása az

1.1. Vektorok és operátorok mátrix formában

Matematika A2 vizsga mgeoldása június 4.

Egyenes és sík. Wettl Ferenc Wettl Ferenc () Egyenes és sík / 16

Ősrobbanás: a Világ teremtése?

A spin. November 28, 2006

Differenciálegyenletek numerikus integrálása április 9.

A KroneckerCapelli-tételb l következik, hogy egy Bx = 0 homogén lineáris egyenletrendszernek

3. Fékezett ingamozgás

Bázistranszformáció és alkalmazásai

Babeş-Bolyai Tudományegyetem, Kolozsvár & Óbudai Egyetem, Budapest június 20.

3. Fuzzy aritmetika. Gépi intelligencia I. Fodor János NIMGI1MIEM BMF NIK IMRI

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

A maximum likelihood becslésről

Szinguláris értékek. Wettl Ferenc április 3. Wettl Ferenc Szinguláris értékek április 3. 1 / 28

Explicit hibabecslés Maxwell-egyenletek numerikus megoldásához

Gravitáció az FLRW univerzumban Egy szimpla modell

A gravitációs hullámok miért mutathatók ki lézer-interferométerrel?

Válaszok Gergely Árpád László opponens. FEKETELYUKAK A GRAVITÁCIÓ GEOMETRIZÁLT ELMÉLETEIBEN című doktori értekezése kapcsán megfogalmazott kérdéseire

Bevezetés az elméleti zikába

Ortogonalizáció. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Ortogonalizáció / 41

5. házi feladat. AB, CD kitér élpárra történ tükrözések: Az ered transzformáció: mivel az origó xpont, így nincs szükség homogénkoordinátás

Az optika tudományterületei

Lin.Alg.Zh.1 feladatok

[ ]dx 2 # [ 1 # h( z,t)

3. előadás Stabilitás

0,424 0,576. f) P (X 2 = 3) g) P (X 3 = 1) h) P (X 4 = 1 vagy 2 X 2 = 2) i) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2 X 0 = 2) j) P (X 7 = 3, X 4 = 1, X 2 = 2)

Egy mozgástani feladat

Markov-láncok stacionárius eloszlása

Bevezetés az algebrába 2 Differencia- és differenciálegyenlet-rendszerek

Átírás:

Friedmann- és Schwarzschild-megoldás Klasszikus Térelméletek Elemei Szeminárium, 2016. 11. 30.

Vázlat Einstein egyenletek Robertson-Walker metrika és a tökéletes folyadékok energia-impulzus tenzora Friedmann megoldás Einstein egyenletek vákuumban Schwarzschild metrika Schwarzschild megoldás

Einstein egyenletek Összefüggés a térid metrikája és az anyag eloszlása között:

Einstein egyenletek Összefüggés a térid metrikája és az anyag eloszlása között: G ab R ab 1Rg 2 ab Λg ab = 8πG T c 4 ab

Einstein egyenletek Összefüggés a térid metrikája és az anyag eloszlása között: G ab R ab 1Rg 2 ab Λg ab = 8πG T c 4 ab Ahol: G ab : Einstein-tenzor R ab : Ricci-tenzor R: Ricci-skalár Λ: Kozmológiai konstans T ab : Energia-impulzus tenzor

Einstein egyenletek Összefüggés a térid metrikája és az anyag eloszlása között: G ab R ab 1Rg 2 ab Λg ab = 8πG T c 4 ab Ahol: G ab : Einstein-tenzor R ab : Ricci-tenzor R: Ricci-skalár Λ: Kozmológiai konstans T ab : Energia-impulzus tenzor A megjelen tenzorok szimmetrikusak 10 darab csatolt parciális dierenciálegyenlet a metrikára Probléma: T ab általában maga is függ a metrikától

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora I. Deníció: Együtt-mozgó koordináta-rendszerb l (.) nézve izotrop anyageloszlás.

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora I. Deníció: Együtt-mozgó koordináta-rendszerb l (.) nézve izotrop anyageloszlás. Ez matematikailag: T 00 = ϱ T ij = δ ij p T 0i = T i0 = 0

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora I. Deníció: Együtt-mozgó koordináta-rendszerb l (.) nézve izotrop anyageloszlás. Ez matematikailag: T 00 = ϱ T ij = δ ij p T 0i = T i0 = 0 Általános koordináta-rendszerre áttérés a Lorentz transzformációval:

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora I. Deníció: Együtt-mozgó koordináta-rendszerb l (.) nézve izotrop anyageloszlás. Ez matematikailag: T 00 = ϱ T ij = δ ij p T 0i = T i0 = 0 Általános koordináta-rendszerre áttérés a Lorentz transzformációval: T αβ = Λ α γ(v)λ β δ(v) T γδ T 00 = ϱ+pv 2 1 v 2 T i0 = ϱ+p 1 v v i 2 T ij = δ ij p + v i v j ϱ+p 1 v 2

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora II. El bbiek röviden összefoglalhatóak:

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora II. El bbiek röviden összefoglalhatóak: T ab = pg ab + (p + ϱ)u a u b = ϱu a u b + p(g ab + u a u b )

Tökéletes folyadék energia-impulzus tenzora II. El bbiek röviden összefoglalhatóak: T ab = pg ab + (p + ϱ)u a u b = ϱu a u b + p(g ab + u a u b ) Ahol: g ab : metrikus tenzor u a : négyes-sebesség

Robertson-Walker metrika I. Feltételezések:

Robertson-Walker metrika I. Feltételezések: Izotrop térid = Nincs kitüntetett irány Homogén térid = Nincs kitüntetett pont

Robertson-Walker metrika I. Feltételezések: Izotrop térid = Nincs kitüntetett irány Homogén térid = Nincs kitüntetett pont Konstans görbület térid!

Robertson-Walker metrika I. Feltételezések: Izotrop térid = Nincs kitüntetett irány Homogén térid = Nincs kitüntetett pont Konstans görbület térid! A metrika ilyen esetben: ( ) ds 2 = dt 2 + a 2 (t) dr 2 + r 2 dϑ 2 + r 2 sin 2 ϑdϕ 2 1 kr 2

Robertson-Walker metrika I. Feltételezések: Izotrop térid = Nincs kitüntetett irány Homogén térid = Nincs kitüntetett pont Konstans görbület térid! A metrika ilyen esetben: ( ) ds 2 = dt 2 + a 2 (t) dr 2 + r 2 dϑ 2 + r 2 sin 2 ϑdϕ 2 1 kr 2 Ahol: a(t): ismeretlen pozitív függvény k: ismeretlen konstans, ami meghatározza a tér alakját:

Robertson-Walker metrika I. Feltételezések: Izotrop térid = Nincs kitüntetett irány Homogén térid = Nincs kitüntetett pont Konstans görbület térid! A metrika ilyen esetben: ( ) ds 2 = dt 2 + a 2 (t) dr 2 + r 2 dϑ 2 + r 2 sin 2 ϑdϕ 2 1 kr 2 Ahol: a(t): ismeretlen pozitív függvény k: ismeretlen konstans, ami meghatározza a tér alakját: k = 1: A tér adott t-hez tartozó Σ t felületei 3 dimenziós gömbfelületek k = 0: Σ t sík, Euklideszi tér Newton, Speciális Relativitáselmélet k = 1: Σ t hiperboloid alakú

Robertson-Walker metrika II. Az izotrop és homogén megkötés több lehetséges modellt is megenged

Robertson-Walker metrika II. Az izotrop és homogén megkötés több lehetséges modellt is megenged k = 0, 1 által meghatározott térid k nyílt térid k (végtelenek) k = 1 által meghatározott térid k zártak (végesek), azaz kompakt sokaságot írnak le (bár határa nincs) A metrika összefoglalva: dψ 2 + sin 2 Ψ(dϑ 2 + sin 2 ϑdϕ 2 ) (k = 1) ds 2 = c 2 dt 2 +a 2 (t) dx 2 + dy 2 + dz 2 (k = 0) dψ 2 + sinh 2 Ψ(dϑ 2 + sin 2 ϑdϕ 2 ) (k = 1)

Robertson-Walker metrika III. 1. ábra. A metrika ábrázolása különböz k (itt Ω 0 ) értékekre

Friedmann megoldás I. Az Einstein-egyenlet megoldása homogén és izotrop univerzum feltételezése mellett ideális folyadékok energia-impulzus tenzorjával Λ-s tagot elhanyagoljuk

Friedmann megoldás I. Az Einstein-egyenlet megoldása homogén és izotrop univerzum feltételezése mellett ideális folyadékok energia-impulzus tenzorjával Λ-s tagot elhanyagoljuk Viszonylag egyszer számolások után...

Friedmann megoldás I. Az Einstein-egyenlet megoldása homogén és izotrop univerzum feltételezése mellett ideális folyadékok energia-impulzus tenzorjával Λ-s tagot elhanyagoljuk Viszonylag egyszer számolások után... ( ȧ ) 2 a = 8πG ϱ kc2 3 a 2 3 ä 3p a = 4πG(ϱ + ) c 2

Friedmann megoldás II. (ȧ a ) 2 = 8πG 3 ϱ kc 2 a 2 (1) 3p 3ä = 4πG(ϱ + a c ) (2) 2 Mivel ϱ > 0 és p 0, ezért (2)-b l látszik, hogy az univerzum nem lehet statikus!

Friedmann megoldás II. (ȧ a ) 2 = 8πG 3 ϱ kc 2 a 2 (1) 3p 3ä = 4πG(ϱ + a c ) (2) 2 Mivel ϱ > 0 és p 0, ezért (2)-b l látszik, hogy az univerzum nem lehet statikus! ä < 0 ȧ > 0 (tágulás) vagy ȧ < 0 (összehúzódás) + fordulópontnál lehet 0

Friedmann megoldás III. Fontos, hogy a tágulásnak nincs középpontja, minden pont egyenl arányú gyorsasággal távolodik egymástól a két pont távolságának arányában

Friedmann megoldás III. Fontos, hogy a tágulásnak nincs középpontja, minden pont egyenl arányú gyorsasággal távolodik egymástól a két pont távolságának arányában Hubble-törvény: v = ȧ a R = HR Ahol: R: Két pont távolsága H: Hubble állandó

Friedmann megoldás III. Fontos, hogy a tágulásnak nincs középpontja, minden pont egyenl arányú gyorsasággal távolodik egymástól a két pont távolságának arányában Hubble-törvény: v = ȧ a R = HR Ahol: R: Két pont távolsága H: Hubble állandó Megjegyzések: H id ben változik v lehet nagyobb, mint a fénysebesség (lokálisan mért relatív sebesség adott térid pontban globálisan mért sebesség távoli objektumok között)

Friedmann megoldás IV. Érdekes észrevenni, hogy amennyiben nem hagyjuk el a kozmológiai állandót, lehetséges volna statikus megoldást generálni, ami azonban nagyon instabil lenne

Friedmann megoldás IV. Érdekes észrevenni, hogy amennyiben nem hagyjuk el a kozmológiai állandót, lehetséges volna statikus megoldást generálni, ami azonban nagyon instabil lenne Mérések alapján (galaxisok vöröseltolódása) tudjuk, hogy az univerzum tágul ȧ > 0 Valamint láttuk, hogy ä < 0

Friedmann megoldás IV. Érdekes észrevenni, hogy amennyiben nem hagyjuk el a kozmológiai állandót, lehetséges volna statikus megoldást generálni, ami azonban nagyon instabil lenne Mérések alapján (galaxisok vöröseltolódása) tudjuk, hogy az univerzum tágul ȧ > 0 Valamint láttuk, hogy ä < 0 Következik, hogy az univerzum tágulásának gyorsasága változott: minél régebben nézzük, annál gyorsabb volt (vagy legalábbis nem volt lassabb) Azaz kellett egy olyan id pontnak lenni, amikor a(t ) = 0, amikor az univerzum minden pontjának távolsága 0 volt

Friedmann megoldás V. Fels korlátot egyszer en adhatunk az Univerzum életkorára, feltéve, hogy az univerzum mindig is a jelenkori gyorsasággal tágult

Friedmann megoldás V. Fels korlátot egyszer en adhatunk az Univerzum életkorára, feltéve, hogy az univerzum mindig is a jelenkori gyorsasággal tágult Ismerve, hogy H 67.6 km/s Mpc [Grieb, Jan N. et al.]

Friedmann megoldás V. Fels korlátot egyszer en adhatunk az Univerzum életkorára, feltéve, hogy az univerzum mindig is a jelenkori gyorsasággal tágult Ismerve, hogy H 67.6 km/s Mpc [Grieb, Jan N. et al.] Id ben visszafelé menve egyenletesen összehúzódva pontosan T = H 1 id alatt érnénk el az a(t ) = 0-t Kiszámolva: T 14.5 milliárd év

Friedmann megoldás V. Fels korlátot egyszer en adhatunk az Univerzum életkorára, feltéve, hogy az univerzum mindig is a jelenkori gyorsasággal tágult Ismerve, hogy H 67.6 km/s Mpc [Grieb, Jan N. et al.] Id ben visszafelé menve egyenletesen összehúzódva pontosan T = H 1 id alatt érnénk el az a(t ) = 0-t Kiszámolva: T 14.5 milliárd év Megjegyzés: Az univerzum valódi életkora ennél természetesen kevesebb, hiszen nem egyenletes tágulást, hanem id ben lassuló tágulást kell feltételeznünk. Valójában T 13.8 milliárd év

Friedmann megoldás VI. Korábbi egyenletek alakításával összefüggést kaphatunk a és ϱ között: ϱ legalább a 3 gyorsan csökken id ben (a 3 porfelh re, a 4 sugárzásra)

Friedmann megoldás VI. Korábbi egyenletek alakításával összefüggést kaphatunk a és ϱ között: ϱ legalább a 3 gyorsan csökken id ben (a 3 porfelh re, a 4 sugárzásra) ( ȧ a ) 2 = 8πG 3 ϱ kc2 a 2 Itt a jobb oldalon az els tag tehát id vel gyorsabban csökken, mint a második tag

Friedmann megoldás VI. Korábbi egyenletek alakításával összefüggést kaphatunk a és ϱ között: ϱ legalább a 3 gyorsan csökken id ben (a 3 porfelh re, a 4 sugárzásra) ( ȧ a ) 2 = 8πG 3 ϱ kc2 a 2 Itt a jobb oldalon az els tag tehát id vel gyorsabban csökken, mint a második tag Ha k = 0, 1 akkor ȧ csak aszimptotikusan lehet 0 t esetben Ha k = 1 akkor viszont létezik egy kritikus a C érték, amikor ȧ = 0, itt az univerzum tágulása megáll, és elkezd összehúzódni Azaz amennyiben elfogadjuk, hogy az univerzumunk egy véges, és zárt sokaság, ebb l következik, hogy életkora csakis véges lehet

Friedmann megoldás VII. A dierenciálegyenletek megoldásával felvázolható a(t) függvény különböz k értékekre: 2. ábra. Friedmann kozmológia: Univerzumok távolságának változása az id függvényében

Eintein egyenletek vákuumban Az Einstein egyenlet azon alakját keressük, amiben nincs jelen anyag

Eintein egyenletek vákuumban Az Einstein egyenlet azon alakját keressük, amiben nincs jelen anyag Vákuum energia-impulzus tenzorja azonosan 0, azaz az Einstein-egyenlet jobb oldala elt nik R kl + 1 2 Rg kl = 0

Eintein egyenletek vákuumban Az Einstein egyenlet azon alakját keressük, amiben nincs jelen anyag Vákuum energia-impulzus tenzorja azonosan 0, azaz az Einstein-egyenlet jobb oldala elt nik R kl + 1 2 Rg kl = 0 Megmutatható, hogy ez ekvivalens az R kl = 0 egyenlettel

Eintein egyenletek vákuumban Az Einstein egyenlet azon alakját keressük, amiben nincs jelen anyag Vákuum energia-impulzus tenzorja azonosan 0, azaz az Einstein-egyenlet jobb oldala elt nik R kl + 1 2 Rg kl = 0 Megmutatható, hogy ez ekvivalens az R kl = 0 egyenlettel Ez nem jelenti azt, hogy a görbület 0, amennyiben legalább 4 dimenzióban vagyunk! Azaz például 3 dimenziós térid ben nincs gravitáció!

Schwarzschild metrika I. Feltételezések: Gömbszimmetrikus térid Statikus megoldás (id ben állandó) Anyagmentes (T kl 0)

Schwarzschild metrika I. Feltételezések: Gömbszimmetrikus térid Statikus megoldás (id ben állandó) Anyagmentes (T kl 0) Megmutatható, hogy statikus esetben a legáltalánosabb metrika a következ : ds 2 = V 2 (x 1, x 2, x 3 )dt 2 + 3 µ,ν=1 h µν(x 1, x 2, x 3 )dx µ dx ν Statikus: nem jelennek meg a kereszttagok

Schwarzschild metrika I. Feltételezések: Gömbszimmetrikus térid Statikus megoldás (id ben állandó) Anyagmentes (T kl 0) Megmutatható, hogy statikus esetben a legáltalánosabb metrika a következ : ds 2 = V 2 (x 1, x 2, x 3 )dt 2 + 3 µ,ν=1 h µν(x 1, x 2, x 3 )dx µ dx ν Statikus: nem jelennek meg a kereszttagok Még kell a gömbszimmetria A gömbszimmetria megköti, hogy minden egyes gömbfelületen a metrikának számszoros kapcsolatban kell lennie az egység-gömbön vett metrikával

Schwarzschild metrika II. Gömbszimmetria: g (t) kl = λg (0) kl

Schwarzschild metrika II. Gömbszimmetria: g (t) kl = λg (0) kl A metrika paraméterezhet a gömbfelület A nagyságával Vezessük be r paramétert: r(a) = Ez nem a klasszikus értelemben vett sugár, s t...! A 4π

Schwarzschild metrika II. Gömbszimmetria: g (t) kl = λg (0) kl A metrika paraméterezhet a gömbfelület A nagyságával Vezessük be r paramétert: r(a) = Ez nem a klasszikus értelemben vett sugár, s t...! A 4π Ezzel a sugár jelleg paraméterrel viszont bevezethetjük a jól ismert gömbi koordinátákat a gömbfelületen: ds 2 (3) = r 2 (dϑ 2 + sin 2 ϑdϕ 2 ) = r 2 dω

Schwarzschild metrika II. Gömbszimmetria: g (t) kl = λg (0) kl A metrika paraméterezhet a gömbfelület A nagyságával Vezessük be r paramétert: r(a) = Ez nem a klasszikus értelemben vett sugár, s t...! A 4π Ezzel a sugár jelleg paraméterrel viszont bevezethetjük a jól ismert gömbi koordinátákat a gömbfelületen: ds 2 (3) = r 2 (dϑ 2 + sin 2 ϑdϕ 2 ) = r 2 dω A teljes metrikát az egyes gömbfelületek paraméterezésével kapjuk meg: ds 2 = f (r, t)dt 2 + h(r, t)dr 2 + r 2 dω

Schwarzschild metrika III. Mivel a metrika már adott, R kl elemeinek kiszámítása elvileg elvégezhet (de hosszadalmas...)

Schwarzschild metrika III. Mivel a metrika már adott, R kl elemeinek kiszámítása elvileg elvégezhet (de hosszadalmas...) Többféle módszerrel is megkaphatjuk a megoldást, ezek közül néhány példa: Tetrád módszer alapötlete: ortonormált, nem-holonóm (nem koordinátavektorokból álló) bázis bevezetése a metrikán, ezek segítségével felírható a Riemann-tenzor (B vebb információ: Robert M. Wald - General Relativity)

Schwarzschild metrika III. Mivel a metrika már adott, R kl elemeinek kiszámítása elvileg elvégezhet (de hosszadalmas...) Többféle módszerrel is megkaphatjuk a megoldást, ezek közül néhány példa: Tetrád módszer alapötlete: ortonormált, nem-holonóm (nem koordinátavektorokból álló) bázis bevezetése a metrikán, ezek segítségével felírható a Riemann-tenzor (B vebb információ: Robert M. Wald - General Relativity) f (r, t) = e ν(r,t) és g(r, t) = e µ(r,t) bevezetése, ezek után a Christoel -szimbólumok, és a Ricci-tenzor elemei egyszer (de hosszú) számolásokkal megkapható

Schwarzschild megoldás I. Láthatjuk, hogy az eredeti 10 egyenletb l csak 2 maradt f -re és g-re

Schwarzschild megoldás I. Láthatjuk, hogy az eredeti 10 egyenletb l csak 2 maradt f -re és g-re A megoldás során kiderül, hogy f és g függvények egymás reciprokai, valamint, hogy csak r változótól függenek. A végs megoldandó dierenciálegyenlet nagyon egyszer : f + 1 f r = 0

Schwarzschild megoldás I. Láthatjuk, hogy az eredeti 10 egyenletb l csak 2 maradt f -re és g-re A megoldás során kiderül, hogy f és g függvények egymás reciprokai, valamint, hogy csak r változótól függenek. A végs megoldandó dierenciálegyenlet nagyon egyszer : Aminek megoldása: f + 1 f r = 0 f = 1 + C r Matematikailag C egy tetsz leges konstans, azonban zikailag ezt konkrétan meghatározhatjuk (határeset: Newton) C = b = 2GM, ahol b a Schwarzschild sugár c 2

Schwarzschild megoldás II. A teljes megoldás tehát: ( ds 2 = 1 2GM ) ( ) 1 c 2 dt 2 1 + c 2 r 1 2GM dr 2 + r 2 dω 1 c 2 r

Schwarzschild megoldás II. A teljes megoldás tehát: ( ds 2 = 1 2GM ) ( ) 1 c 2 dt 2 1 + c 2 r 1 2GM dr 2 + r 2 dω 1 c 2 r Érdekes észrevétel, hogy a metrika két helyen is szingulárissá válik: r = 0 helyen valódi szingularitás van. Mivel az egyenletet csak olyan r tartományban oldottuk meg, ahol nincs anyag, ezért ez azt jelenti, hogy ez esetben minden anyag az origóban pontszer en helyezkedik el! Fekete lyuk?

Schwarzschild megoldás II. A teljes megoldás tehát: ( ds 2 = 1 2GM ) ( ) 1 c 2 dt 2 1 + c 2 r 1 2GM dr 2 + r 2 dω 1 c 2 r Érdekes észrevétel, hogy a metrika két helyen is szingulárissá válik: r = 0 helyen valódi szingularitás van. Mivel az egyenletet csak olyan r tartományban oldottuk meg, ahol nincs anyag, ezért ez azt jelenti, hogy ez esetben minden anyag az origóban pontszer en helyezkedik el! Fekete lyuk? Érdekesebb következmény viszont, hogy r = b helyen is találunk szingularitást, ez azonban csak a koordinátázásunk összeomlását jelenti, nem egy valódi szingularitás.

Schwarzschild megoldás III. Bár a Schwarzschild-sugár nem valódi szingularitás (más koordinátázással eltüntethet ; pl: Lemaître koordináták), mégis nagyon érdekes és fontos következményei vannak

Schwarzschild megoldás III. Bár a Schwarzschild-sugár nem valódi szingularitás (más koordinátázással eltüntethet ; pl: Lemaître koordináták), mégis nagyon érdekes és fontos következményei vannak r = b sugár által meghatározott felületet eseményhorizontnak nevezzük, ez az a távolság, amit l már a fény sem tud elszabadulni a gravitációs vonzástól

Schwarzschild megoldás III. Bár a Schwarzschild-sugár nem valódi szingularitás (más koordinátázással eltüntethet ; pl: Lemaître koordináták), mégis nagyon érdekes és fontos következményei vannak r = b sugár által meghatározott felületet eseményhorizontnak nevezzük, ez az a távolság, amit l már a fény sem tud elszabadulni a gravitációs vonzástól Minden zikai objektum, melyre R b gravitációs összeomlást szenved, és egy szinguláris fekete lyukba omlik össze

Schwarzschild megoldás III. Bár a Schwarzschild-sugár nem valódi szingularitás (más koordinátázással eltüntethet ; pl: Lemaître koordináták), mégis nagyon érdekes és fontos következményei vannak r = b sugár által meghatározott felületet eseményhorizontnak nevezzük, ez az a távolság, amit l már a fény sem tud elszabadulni a gravitációs vonzástól Minden zikai objektum, melyre R b gravitációs összeomlást szenved, és egy szinguláris fekete lyukba omlik össze Azonban a megoldásnak helyesnek kell lennie r < b-re is, mi van az eseményhorizonton belül?

Schwarzschild megoldás III. Bár a Schwarzschild-sugár nem valódi szingularitás (más koordinátázással eltüntethet ; pl: Lemaître koordináták), mégis nagyon érdekes és fontos következményei vannak r = b sugár által meghatározott felületet eseményhorizontnak nevezzük, ez az a távolság, amit l már a fény sem tud elszabadulni a gravitációs vonzástól Minden zikai objektum, melyre R b gravitációs összeomlást szenved, és egy szinguláris fekete lyukba omlik össze Azonban a megoldásnak helyesnek kell lennie r < b-re is, mi van az eseményhorizonton belül? Az id és térkoordináták felcserél dnek, r id szer, míg t térszer lesz. De megmutatható, hogy ez is csak a rossz koordinátázás eredménye (Kruskal-Szekeres koordináták)

Schwarzschild megoldás IV. 3. ábra. Schwarzschild megoldás ábrázolása; az úgynevezett Flemm paraboloid

Schwazschild geodetikusok A szabad részecskék mozgását 3 kategóriába lehet sorolni a sugár függvényében:

Schwazschild geodetikusok A szabad részecskék mozgását 3 kategóriába lehet sorolni a sugár függvényében: r > 3b Stabil pálya lehetséges 3b < r < 3b Instabil körpályák (keringési sebesség eléri a 2 fénysebességet 3b-nél) 2 3b belül nincs lehetséges körpálya 2

Köszönöm a gyelmet!

Hivatkozások 1 Robert M. Wald - General Relativity 2 Steven Weinberg - Gravitation and Cosmology: Principles and Applications of the General Theory of Relativity 3 Wikipedia - Schwarzschild metric, FriedmannLemaîtreRobertsonWalker metric, Hubble's law 4 Stephen Hawking - Into a Black Hole (Lecture)