克爾度規
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廣義相對論中,克爾度規或稱克爾真空(Kerr vacuum),描述的一旋轉之質量龐大物體(例如:克爾黑洞)周遭的時空幾何。其為愛因斯坦場方程式的精確解,故又稱克爾解。Lense和Thirring曾使用弱场近似方法得到过旋转轴对称球状物体度规的近似解,而其严格解是罗伊·克尔于1963年提出来的[1],但他并没有给出推导过程。1973年Schiffer等人给出了克尔度规的推导[2]。
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克尔度规的数学表示 [编辑]
若以Boyer-Lindquist座標寫出克爾真空解,則為:
其中
,
,- M是旋轉物體質量
- a描述此黑洞的旋轉,與角動量J有關,關係式為a = J/M
- 所有的物理量採用幾何單位(geometrized units),亦即c=G=1。
當自轉參數(spin parameter)a(常稱作特定角動量(specific angular momentum))其值為零,則無旋轉,度規退化成史瓦西度規。a=M的例子對應到最大旋轉程度的質量物體。
注意到:
- 一般而言,Boyer/Lindquist徑向座標(radial coordinate)r並「沒有」簡單而直接、如同徑向座標般的詮釋。
- 「最大」旋轉程度指的是一黑洞可以存在的最大a值,而非旋轉質量物體可以具有的最大a值。
克爾真空的特徵 [编辑]
與其他精確解的關聯 [编辑]
多極矩 [编辑]
開放的問題 [编辑]
在克爾重力場中一粒子之軌跡與時間相依性 [编辑]
参考文献 [编辑]
- ^ Kerr, R.P., 1963, Physical Review Letters, 11, 237. NASA ADS doi:10.1103/PhysRevLett.11.237
- ^ Schiffer, M.M. et al., 1973, J. Math. Phys., 14, 52.
- Stephani, Hans; Kramer, Dietrich; MacCallum, Malcolm; Hoenselaers, Cornelius & Herlt, Eduard. Exact Solutions of Einstein's Field Equations. Cambridge: Cambridge University Press. 2003. ISBN 0-521-46136-7.
- O'Neill, Barrett. The Geometry of Kerr Black Holes. Wellesley, MA: A. K. Peters. 1995. ISBN 1-56881-019-9.
- D'Inverno, Ray. Introducing Einstein's Relativity. Oxford: Clarendon Press. 1992. ISBN 0-19-859686-3. See chapter 19 for a readable introduction at the advanced undergraduate level.
- Chandrasekhar, S. The Mathematical Theory of Black Holes. Oxford: Clarendon Press. 1992. ISBN 0-19-850370-9. See chapters 6--10 for a very thorough study at the advanced graduate level.
- Griffiths, J. B. Colliding Plane Waves in General Relativity. Oxford: Oxford University Press. 1991. ISBN 0-19-853209-1. See chapter 13 for the Chandrasekhar/Ferrari CPW model.
- Adler, Ronald; Bazin, Maurice & Schiffer, Menahem. Introduction to General Relativity Second Edition. New York: McGraw-Hill. 1975. ISBN 0-07-000423-4. See chapter 7.
- Perez, Alejandro; and Moreschi, Osvaldo M.. Characterizing exact solutions from asymptotic physical concepts. arXiv:Dec 2000 gr-qc/001210027 Dec 2000. 2000. Characterization of three standard families of vacuum solutions as noted above.
- Sotiriou, Thomas P.; and Apostolatos, Theocharis A. Corrections and Comments on the Multipole Moments of Axisymmetric Electrovacuum Spacetimes. Class. Quant. Grav. 2004, 21: 5727–5733.arXiv eprint Gives the relativistic multipole moments for the Ernst vacuums (plus the electrogmagnetic and gravitational relativistic multipole moments for the charged generalization).
- Penrose R. In ed C. de Witt and J. Wheeler. Battelle Rencontres. W. A. Benjamin, New York. 1968. 222.
- "The Classical Theory of Fields", L.D. Landau, E.M. Lifshitz, Fourth revised English edition, Elsevier, Amsterdam ... London, New York ... Tokyo, 1975 (based on B. Carter, 1968).
- B. Carter, Phys. Rev. Lett. 26, 331, 1971
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