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球对称引力场中周径比小于PI
[楼主] 作者:清华小猪  发表时间:2004/05/03 14:06
点击:168次

近日有帖子问这个问题的解释,我们来看球对称静态引力场中周径比是如何小于π的。

球对称静态引力场由史瓦西度规精确描述,取自然单位(c=1,G=1),则史瓦西度规为

ds2=-(1-2M/r)dt2+1/(1-2M/r)dr2+r2(dθ2+sin2θdφ2)

取赤道同时面(即θ=π/2,dθ=0,dt=0)来研究,则

ds2=1/(1-2M/r)dr2+r22

关键问题是要注意r只是径向坐标,纯粹数学记号,没有直接的度量意义,在r<2M处,径向坐标的性质是类时的,与空间坐标毫不沾边,真正的径向空间距离ΔR只能在r>2M外部从r1到r2取积分求得。另外,我们不可能真从天体中心开始实测半径,只能用周长差比半径差来计算周径比,以下循此思路。

由史瓦西度规可求得

周长L=∮ds=2πr

ΔL=L2-L1=2π(r2-r1)

真正的半径差是ΔR=积分(r1,r2)ds=积分(r1,r2)1/(1-2M/r)dr>r2-r1

于是有ΔL/ΔR < ΔL/(r2-r1) = 2π

而在欧氏几何中,ΔL/ΔR = 2π

另外,久广先生不知道那个漏斗状的空间弯曲图是依据什么公式画的,这里就是答案:就是以r为横坐标,以1/(1-2M/r)为斜率作出曲线(r≥2M),以之为母线绕质心中轴旋转一周就得到了。

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