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ライスナー・ノルドシュトロム解の導出4

■電磁場のエネルギー運動量テンソルの成分

 

ここまでの計算によって、

 

 \(F_{\mu\nu}= \begin{pmatrix}  0 &- E_r & 0 & 0 \\ E_r & 0 & 0 & 0  \\  0 & 0 & 0 &0 \\  0 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}\)

 

 \(F_{\mu\nu}= \begin{pmatrix}  0 &E_re^{-(\nu+\lambda)} & 0 & 0 \\ -E_re^{-(\nu+\lambda)} & 0 & 0 & 0  \\  0 & 0 & 0 &0 \\  0 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}\)

 

 \(T_{\alpha \beta}=\displaystyle\frac{1}{\mu_0} \left( \displaystyle\frac{1}{2}g_{\alpha \beta} F_{01}F^{01} - g_{\beta 1}F_{\alpha 0}F^{10} - g_{\beta 0}F_{\alpha 1}F^{01} \right) \)

 

となった。ここから\(T_{\alpha \beta}\)の各成分を書き出してみる。

機械的な作業はめんどくさくはあるが、嫌いではない。頭を特にはたらかせることなくスイスイと手が進むのは、それはそれで一種の満足感がある。

 

 \(T_{00}=\displaystyle\frac{1}{\mu_0} \left( \displaystyle\frac{1}{2}g_{00} F_{01}F^{01} - g_{01}F_{00}F^{10} - g_{00}F_{01}F^{01} \right) \)

   \(=-\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} g_{00} F_{01}F^{01}\)

   \(=\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} e^{\nu}E_r^2e^{-(\nu +\lambda)}\)

   \(=\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} E_r^2e^{-\lambda}\)

 

 \(T_{01}(=T_{10})=\displaystyle\frac{1}{\mu_0} \left( \displaystyle\frac{1}{2}g_{01} F_{01}F^{01} - g_{11}F_{00}F^{10} - g_{10}F_{01}F^{01} \right) \)

   \(=0\)

 

 \(T_{02}=0 \)

 \(T_{03}=0 \)

 

 \(T_{11}=\displaystyle\frac{1}{\mu_0} \left( \displaystyle\frac{1}{2}g_{11} F_{01}F^{01} - g_{11}F_{10}F^{10} - g_{10}F_{11}F^{01} \right) \)

   \(=-\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} g_{11} F_{01}F^{01}\)

   \(=-\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} e^{\lambda}E_r^2e^{-(\nu +\lambda)}\)

   \(=-\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} E_r^2e^{-\nu}\)

 

 \(T_{12}=0 \)

 \(T_{13}=0 \)

 

 \(T_{22}=\displaystyle\frac{1}{\mu_0} \left( \displaystyle\frac{1}{2}g_{22} F_{01}F^{01} - g_{21}F_{20}F^{10} - g_{20}F_{21}F^{01} \right) \)

   \(=\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} r^2 F_{01}F^{01}\)

   \(=\displaystyle\frac{r^2}{2\mu_0} E_r^2 e^{-(\nu +\lambda)}\)

 

 \(T_{23}=0\)

 

 \(T_{33}=\displaystyle\frac{1}{\mu_0} \left( \displaystyle\frac{1}{2}g_{33} F_{01}F^{01} - g_{31}F_{30}F^{10} - g_{30}F_{31}F^{01} \right) \)

   \(=\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} r^2 sin^2\theta F_{01}F^{01}\)

   \(=T_{22}sin^2\theta\)

 

 

これですべてである。この先の指針は明快である。あとは、ここで出た"右辺"と、前に求めた"左辺"をつないでやれば、重力方程式の連立方程式が書き下される。それを解けばいいだけだ。

 

問題は、その連立式が解けるのか、解けないのか。結論から言うと「真空・球対称・帯電」のみの条件であるから解けるのだ。

アインシュタイン方程式を解く手順というのは、だんだんと分かってきた。

 

 

▼電磁場のエネルギー運動量テンソルの成分

 \(T_{00}=\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} E_r^2e^{-\lambda}\)

 \(T_{01}=0 \)

 \(T_{02}=0 \)

 \(T_{03}=0 \)

 \(T_{11}=-\displaystyle\frac{1}{2\mu_0} E_r^2e^{-\nu}\)

 \(T_{12}=0 \)

 \(T_{13}=0 \)

 \(T_{22}=\displaystyle\frac{r^2}{2\mu_0} E_r^2 e^{-(\nu +\lambda)}\)

 \(T_{23}=0\)

 \(T_{33}=T_{22}sin^2\theta\)