节上一在课顶用们采我纷歧种了科于教同式的方书宇阐明来F学 宙 RWL必规的度具性。要体来说,宇假设先态是静宙的,史借助并的西解瓦程解过求,宇导出推的度规宙式本形基,度后将最至推广规形态情动节而本。了思量课再质后物宙导宇推形规的度式。
日月9312时阳张朝《课物理的百第二》期十九三开播,始狐创搜事、董人兼主席局、EOC博理学物阳张朝士狐镇搜坐视频直播间,总回首在节上一结后内容课,本述了概主课的节题,梳从新并星了恒理中部解内能及的涉、张量动量奇张里标里奇和量,过着通接态解静求的宙中宇坦因斯爱场方程,径导出推函曲率向式的形数的流体及程态方物,到终得最学宇宙了度规,步进一并静释了阐模宇宙态合的不型理性。
(张朝阳解说静态宇宙中的流体物态方程)
度宙学宇概求解规括。
在广义相对论中研究宇宙,起首必要明白宇宙的度规情势。这平日依靠于宇宙学道理, 即。。假设宇宙在大标准上是平均且各向同性的。基于这一假设,宇宙的度规可以写为
此中。)(ta因标准是子,宙述宇描收胀或膨为的行缩,rb(而向是径)数率函曲,间画空刻性几何的照。按质对义相广本的基论框架,规此度将因入爱代方坦场斯程,关 获得。可ta(于(和b)微)的r分方程,便解后求宇 获得。可何的几宙结构。
睁开全文条静态在件下以们可我下过以通换标变坐:
变度规将悉为熟换的情势。
此中。数为常A,为导数其正。这零史求解是空西时瓦用所采时形度规的式,们此我因接以直可前用先利西史瓦的过推导解程,重无需而里盘算新和张量奇量奇标里爱通过。场斯坦因方程,到以得可的于B关程分方微。
斯爱物理课因在程场方坦的右侧量动张能与情势的部星内恒。雷同解在们曾我星解恒求构部结内时,质设物设想足理满型体模流,含中包其度质密物。压强和内恒星在部,性对称球简大地极题了问化,导终极并O了T出。方程V然而,内恒星在中模子部,通数A函向是径常函标的坐数,直使得这A求解接其得极变庞大,际们实我直并未上过求解接运。幸它的是,学宇宙在中,匀于均由性假设,一仅为A个常数,大而大从问化了简题。
节上一在课中到们提我的宙中宇样质同物作以看可体想流理,们此我因接以直可解鉴求借部星内恒法的方解,的雷同用解式求方最张朝阳 。B终,标过坐通变更,以们可我始到原回坐标系,静 获得。并下前提态(规 度中) 1曲径向的b函数率(r) 。
部星内恒奇中里解顾量回张。
史求解在规西度瓦内恒星和部解时段始阶开端盘算的同是相骤先:首的计度规由张里奇算奇和里量标量,在别仅区的物质于同布不分西史瓦。应规对度空是真的解,内恒星而述解描部对是球的想的理称对体。流内恒星于部解,过们通我坦因斯爱场方程。
量合能结恒量守动前提。
解以求可O T出V 方水平 获得。并A函数规和r)()(rB的知足所程分方微。
回们先我内恒星顾求解的部。历程解起首元设线假为情势的。
表坐标其示为。
度应的对规为。
度其逆而规为。
接下来,我们必要盘算里奇张量的各个分量。但在此之前,我们先证实在上述度规 (3) 下,里奇张量的分量应具有对角情势, 即。。:
体想流理张能动的量为。
此中。,四速率知足归一化前提
在恒星内部,流体处于静止状况,因此其空间分量为零, 即。。
一入归代宇宙(前提化4)可得。
于是量动张能式表达的睁开为。
张能动将场代入量方程奇得里可 量的张02,() 型分量。
此中。量奇标里R为推导。
们样我这了证实就量奇张里是量就分阵角矩对。
(张朝阳回首解说恒星内部解的求解历程)
星据恒根(部解内《参考可的朝阳张》理课物1 2第和 期0 211 期)量奇张里,(0的分)型2对具有量形矩阵角式,分非零其量为:
标里奇而量R为:
终极量奇张里2 (的 0),型分量为:
向解径求数率函曲)(rb。
宇求解在规学度宙向的径中数率函曲)(rb时望们希我新免重避琐算繁计曲黎曼的、张量率量奇张里标曲率和量,接是直而面用前利出推导已。效果的。
鉴了借为部星内恒算的计解方式要们需我宙设宇假的度规学子度因尺)(ta。常数为需以是之假这一要设,恒由于是解内部星是述的描空态时静,学宇宙而通例通度述于描用空态时动,一者在二下情形般接法直无只系。联(在a有随)不t化间变时情特别的况下,度宙学宇退才会规态为静化情势,们样我这用能利才星解恒求的部解内解法求方率向曲径(数b函r)。
因标准在ta(子数取常)下情形的度宙学宇元的线规可1)(以写为:
于了便为内恒星与配解匹部入们引我标下坐如变更:
此中。A为常数,且其导数为零。将其微分情势写出
述入上代度规后换得变可元的线后:
求正是这内恒星解所解时部度用宇宙学的采。情势规因此以们可我用接利直解瓦西史结已知的定来确果B,免而避从导新推重量奇张里标里奇和量。
因为我们已经得到了里奇张量的分量,并假设A为常数( 即。。其导数为零),恒星内部解所知足的方程将极大简化,里奇张量和曲率标量变为
此中。
(张朝阳求解静态宇宙学度规)
结这些将到代入果坦因斯爱中方程场。
1从 并量 分1出发可得:
即。。有
同时2 2从 分量 获得。:
即。。
1式(等去)减11式(等0)于到关得分的微B方程。
到简得化的微分全情势。
即。。
得分后积到。
也就是。
此中。k1为积分常数。
(张朝阳求解径向曲率函数)
(效果将代2)11至(回0)中强到压得为。
斯爱因从程场方坦分00的得可以量的密度到为达式表。
和压强由表度的密达式物 获得。可态方程。
物样的这与方程态质通物普同然不截1当k。0t;g时负强为压,态明静表法宙无宇稳固,在旦存一扰动,会动将扰放无穷被大,变空将时定不稳得k而当。;lt10时,器量密能为负,般时一此来说,质于物对定不稳是的,导大概也不时空致因定。稳因标准此简不能子假地被单数为常设。
(张朝阳解说物态方程)
(效果将代2)1元到线回中5)( 获得。。
坐通过结构再标变更坐到旧回标后,有。
令。
获得。
宇正是这F学 宙 RWL静规的度。极限态推本次在导中一们进我了思量步体想流理物质,果得结使般加一更化。
因为静态宇宙是不稳固的,我们必需容许标准因子a(t)依靠于时候, 即。。推广至含时的 FLRW 度规:
广此推在历程中的据k根表达式,上原则它a赖于依(t),理从物但看度来角,膨宙在宇缩或收胀中历程的,曲空间其随不该率化间理解变时。因此,为们认我个是一k这数。常在结论一态广静鞭策宙至宇L F态形W R要时需式注重的。
据领会阳张朝《课物理的周于每》午日中周在2时1频狐视搜直播,以友可网视搜狐在PAP频流存眷“索中搜”“张朝阳”,播看直观完往期及回视频整注;关放阳张朝“课物理的”账号,程看课查知的“中短点”识视频;别的,在可以还闻狐新搜的PPA科搜狐“技”账号上,期览每阅程理课物文具体的回。返章搜狐,多看更查。
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