Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 

Na pervuyu stranicu
Fizicheskie osnovy stroeniya i evolyucii zvezd

<< 9.1 Reshenie Shvarcshil'da | Oglavlenie | 9.3 Sfericheski-simmetrichnoe pole ... >>

9.2 Dvizhenie chastic v pole Shvarcshil'da

Teper' rassmotrim dvizhenie chastic v etom pole. Po n'yutonovskoi teorii dlya chastic, pokoyashihsya na beskonechnosti, ispol'zuya zakon sohraneniya energii, imeem

$\displaystyle -{GMm\over r}+{mv^2\over 2}=0,
$

t. e.

$\displaystyle v^2=GM/r.
$

Opredelim naivno $ r_g$ kak radius, gde $ v=c$. Togda (sr. razdel 1.7)

$\displaystyle r_g={2GM\over{c^2}}
$

Etot rezul'tat poluchil eshe Laplas. Podcherknem, odnako, chto eto ne bol'she chem mnemonicheskii priem. Ochevidno, chto n'yutonovskaya mehanika neprimenima pri $ v\sim c$.

Teper' napishem strogo uravnenie dvizheniya chastic v pole Shvarcshil'da. V metrike, ne zavisyashei ot vremeni, sohranyaetsya energiya, t. e. komponenta $ p_0$ (imenno s nizhnim indeksom) 4-vektora impul'sa chasticy:

$\displaystyle p_0=-mc^2\,g_{00}{dx^0\over{ds}}.
$

V staticheskom pole

$\displaystyle ds^2=g_{00}dt^2-dl^2
$

ili

$\displaystyle ds=dt\,\sqrt{g_{00}}\sqrt{1-\frac{dl^2}{g_{00}\,dt^2}}.
$

Velichina

$\displaystyle {dl\over{\sqrt{g_{00}}dt}}={v\over c}
$

eto skorost', izmerennaya lokal'nym nablyudatelem. Togda imeem

$\displaystyle p_0={mc^2\sqrt{g_{00}}\over{\sqrt{1-v^2/c^2}}}=$const$\displaystyle $

(eto sootnoshenie ne zavisit ot napravleniya $ v$).

Pust' pri $ r\longrightarrow\infty\;(g_{00}\longrightarrow 1)$ $ v\longrightarrow 0$, t.e. $ p_0=mc^2$. V etom sluchae vsegda

$\displaystyle 1-v^2/c^2=g_{00}=1-r_g/r\,,\quad v^2=c^2r_g/r\,,
$

t.e. v OTO imeet mesto svyaz' mezhdu $ v$ i $ r$ v tochnosti takaya, kak v n'yutonovskoi mehanike i teorii tyagoteniya. V chastnosti, $ r_g$ -- eto kak raz tot radius, gde $ v=c$, esli pri $ r=\infty,\,v=0$ v takoi teorii. Esli $ v\ne 0$ na beskonechnosti, to

$\displaystyle 1-{v^2\over{c^2}}=\left(1-{r_g\over r}\right)\left(1-{v^2_{\infty}\over{c^2}}\right).
$

Takim obrazom, v tochnoi teorii v OTO $ v=c$ tol'ko na $ r_g$ nezavisimo9.1 ot znacheniya $ v=v_{\infty}$ pri $ r=\infty$.

Eshe raz podcherknem, chto $ v$ -- eto skorost', izmerennaya lokal'nym nablyudatelem.

V dal'neishem polozhim $ c=1$. Pri dvizhenii po radiusu v sluchae $ v=0$ pri $ r\longrightarrow\infty$

$\displaystyle v={dl\over{d\tau}}={\sqrt{g_{11}}\over{\sqrt{g_{00}}}}\,{dr\over{dt}}=\sqrt{{r_g\over r}}.
$

Togda, ispol'zuya vyrazhenie dlya $ g_{00}$ i $ g_{11}$,

$\displaystyle {dr\over{dt}}=\sqrt{{r_g\over r}}\left(1-{r_g\over r}\right),
$

$\displaystyle t=\int\limits_R^{r_g}\sqrt{{r\over{r_g}}}\left(1-{r_g\over r}\right)^{-1}\,dr.
$

Pri padenii s konechnogo $ R$ etot integral logarifmicheski rashoditsya pri $ r\longrightarrow
r_g$. Otmetim, chto $ dr/dt$ prohodit cherez maksimum i stremitsya k nulyu pri $ r\longrightarrow
r_g$. Konechno, v shvarcshil'dovskom pole net ottalkivaniya, hotya $ dr/dt\longrightarrow0$ pri $ r\longrightarrow
r_g$, tak kak $ dr/dt$ -- eto ne skorost'.

Sushestvuet horoshee sravnenie. Esli my budem brosat' chasticy na chernuyu dyru, to my uvidim, chto oni zamedlyayut dvizhenie i skuchivayutsya vblizi $ r_g$. Eta ostanovka ne sootvetstvuet polozheniyu ravnovesiya. Predstavim sebe, chto snimaetsya na kinoplenku prygun, a potom pri prosmotre zamedlyaetsya skorost' dvizheniya plenki, tak chto v nekotoryi moment on ostanovitsya. To zhe samoe pri dvizhenii chastic. Esli ustanovit' chasy na chasticah, kotorye deistvitel'no ostanavlivayutsya v polozhenii ravnovesiya, to chasy vse ravno idut. V sluchae dyry chasticy ostanavlivayutsya, no ostanavlivayutsya i chasy na nih. Po sobstvennomu vremeni nikakih ostanovok ne proishodit. Prosto s tochki zreniya udalennogo nablyudatelya chasy zamedlyayutsya iz-za dopler-effekta i iz-za vliyaniya gravitacionnogo potenciala.

Predstavim sebe padenie gaza, sostoyashego iz otdel'nyh chastic s tochki zreniya dalekogo nablyudatelya. Okazyvaetsya, chto gaz skaplivaetsya vblizi $ r_g$, no ne otdaet svoyu kineticheskuyu energiyu. Nesmotrya na to, chto kolichestvo skopivshegosya gaza neogranichenno vozrastaet s techeniem vremeni, ego plotnost', izmerennaya v sobstvennoi sisteme (nablyudatelya, dvizhushegosya vmeste s gazom), ostaetsya konechnoi v kazhdoi tochke prostranstva, v chastnosti vblizi $ r_g$.

Zadacha. Rasschitat' radial'noe dvizhenie dlya sveta (fotonov) v metrike Shvarcshil'da.



<< 9.1 Reshenie Shvarcshil'da | Oglavlenie | 9.3 Sfericheski-simmetrichnoe pole ... >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Publikacii so slovami: Evolyuciya zvezd - vnutrennee stroenie zvezd - termoyadernye reakcii - fizicheskie processy
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Ocenka: 3.0 [golosov: 119]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce


Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya