谢谢您认真看过我的贴子,陈老師书中是这样表述的.
谢谢您认真看过我的贴子,陈老師书中是这样表述的
参见 szshanshan 发的 58859 帖 Schwarzschild 度规
ds 2=〔1-(2GM∕c2r)〕c2dt2
-〔1-(2GM∕c2r)〕-1 dr 2
-r 2dθ2 ― r 2sin2θdφ2
将它转变到笛卡尔坐标系并忽略掉(U∕c2)2项,U = GM ∕r是牛顿引力势,r是离质奌M的距离,则实验室坐标系L.S.中的度规变成:
ds 2=〔1-(2U∕c2 )〕c2dt 2 -〔1+(2U∕c2 )〕(dx2+dy2+dz2)
[[xuebinguo: 这里的 U (让我先记作 U',以示和前面的区别)难道不应该是 GM/r'? 有 r = r'* sqrt(1+GM/2r'c2),和前面的 U 是不同的。你只说要略去(U∕c2)2项,不能连(U∕c2)项也给略去吧?以下应该都用 U' 表示]]
{{{Schwarzschild度规(31)式是一个质量为M的静止质点产
生的引力场的广义相对论的严格解,由于孤立静止质点产生的引力场的球对称性,直角坐标中也仅引起径向方向的度规变化,令dr 2=(dx2+dy2+dz2),U=GM/r 则(31)式变为:
ds2=(1-2U/c2)c2dt2 -(1-2U/c2)-1 (dx2+dy2+dz2)
=(1-2U/c2)c2dt2 -(1+2U/c2-(2U/c2)2+……)(dx2+dy2+dz2)
≒(1-2U/c2)c2dt2 -(1+2U/c2)(dx2+dy2+dz2)
忽略的是“-(2U/c2)2+……”,但“并忽略掉(U/c2)2项”的说法也没错,因为忽略的是指阰次来说,不必考虑被忽略项前面的系数,(U/c2)2项对太阳表面为10-12量级对地表为10-19量级,系数是乘1或乘4是同样忽略掉。}}}
或ds 2=-gμυdχμdχυ 中的
g 00 =-1+2U∕c2 ,g11=g22=g33=1+2U∕c2,gμυ=0 当 μ≠υ。
让局部惯性系I.S.相对于质点M静止,则:
ds 2=c2dt 2 -(dx2+dy2+dz2)
或ds2=-ηαβdξαdξβ 中的
η00=-1,η11=η22=η33=1,ηχβ=0,当α≠ β 。
从周期和波长的定义可得:
TL / TI=1+U/ c2 ,υL/υI—=1-U/ c2 ,
λL /λI =1+U/ c2
或βυ ≡ (υL-υI)/υI =-U/ c2
βλ≡-(λL-λI)/λI =-U/ c2
[[xuebinguo: 这里还满足
υLλL =υIλI = C 吗?
好像我看你们的帖子,认为是满足的,可是如果代入验算一下,这是不可能成立的。是不是科普的写法还是不太严格,或者你们可以告诉我遗漏了什么,谢谢!]]
{{{在引力场中频率减小的红移(33)、(37)和波长增大的红移(34)、(38)是同时发生的,使得:
c L=υL λL =〔〔1-(U/ c2)〕υI〔1+(U/ c2)〕〕λI
=υI λI= c I (41)
现在从式(41)可以明显地看出:虽然光进入引力场时,频率 υ和波长 λ都会发生变化,但两者之积 υλ 却是有引力场时跟无引力场时都是一样的,即是说,红移过程中光速恒定不变。注意,推导出式(41)忽略了二级小量(U / c2)2 ,这是因为式(33)、(37)、(34)、(38)中也忽略了二级小量(U / c2)2 ,由Schwarzschild度规(31)式直接进行计算,可得到c L 是严格等于c I 的。有此结果是很自然的,因为广义相对论是以狭义相对论为基础的,由广义相对论推论的结果,若无计算错误就不可能违反光速保恒原理。
综上所述,途中引力红移不难由广义相对论度规直接推导出来。按照度规的本来含义,钟慢与尺缩是相对于Minkovski空间的钟与尺而言的,由度规效应导致的传播途中的引力红移,应该是实际光波频率与局部惯性系中的参照光波频率之差。即是说,红移是比较不同坐标系中光波频率的变分问题:
δυ(θ)=(υ L(θ)-υ I )dθ=υ I β υ(θ)dθ
整个路径中产生的两光束频率之差为:
υL-υI=∫-π/2π/2 δυ(θ)=υ I ∫-π/2π/2 βυ(θ)dθ
=-υ I 2 GM∕c2 D
全路径频率减小的红移率为:
Θυ≡(υL-υI)∕υI =-2 G M∕c2D  ̄ 同样方式可得全路径波长增长的谱线红移率为:
Θλ≡-(λ L-λ I )∕λ I =-2GM∕c2 D
整个路径中总的途中引力红移率为:
Θ=Θυ+Θλ=-4GM∕c2 D
注意,不能将变分 δ υ 与单一坐标系中的微分 d υ 混为一谈。△υ=∫dυ=υR-υE 是个无观察意义的量,△υ=0并不表明途中引力红移不存在。
包括因发射点引力势U2与接收点的引力势U1不同由爱因斯坦预言的红移率 βE ,则总的引力红移率 βG是:
βG =βE+Θ=-(U2-U1)/c2 - 4GM∕c2D }}}
βυ 是减小频率的相对红移率;βλ 是增大波长的相对红移率。
总的相对红移率为β=βυ+βλ=-2U / c2
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