本文關(guān)鍵詞：帶電旋轉(zhuǎn)黑洞的諧和度規(guī)及其外場中粒子的后牛頓動力學(xué)

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【摘要】：愛因斯坦場方程是描述時空彎曲與物質(zhì)之間的關(guān)系,是廣義相對論的基本方程。但是由于對稱性和Bianchi恒等式,愛因斯坦場方程并不能完全確定其唯一的解,需要附加坐標(biāo)條件。因此,坐標(biāo)條件的具體形式的選取,決定了我們研究問題所選取的參考坐標(biāo)系。本論文主要研究愛因斯坦場方程關(guān)于帶電旋轉(zhuǎn)黑洞在諧和坐標(biāo)條件下的嚴(yán)格解。諧和坐標(biāo)條件是廣義相對論中最重要的條件之一。蘇聯(lián)科學(xué)院院士Vladimir A.Fock博士甚至認為只有在此條件下,愛因斯坦場方程的解才具有非常清晰的物理意義。中國科學(xué)院院士周培源先生也持有類似的觀點。雖然這樣的觀點沒有被主流的廣義相對論學(xué)者所接受,但是,愛因斯坦場方程在諧和坐標(biāo)條件和弱場近似下會退化為泊松方程,故諧和坐標(biāo)條件經(jīng)常被用于推導(dǎo)孤立系統(tǒng)的后牛頓動力學(xué)方程和引力波輻射。我們從帶電旋轉(zhuǎn)黑洞在Boyer-Lindquist坐標(biāo)系下的解出發(fā),構(gòu)造帶電旋轉(zhuǎn)黑洞的諧和坐標(biāo)系。通過求解滿足諧和坐標(biāo)條件的坐標(biāo)分量,獲得了一系列的帶電旋轉(zhuǎn)黑洞的諧和坐標(biāo)系。利用后牛頓近似理論,根據(jù)度規(guī)張量的時-空分量首項與物質(zhì)的能量-動量張量的時-空分量首項之間關(guān)系來確定符合物理實際的帶電旋轉(zhuǎn)黑洞的諧和坐標(biāo)系,從而獲得了帶電旋轉(zhuǎn)黑洞諧和度規(guī)的唯一形式。在這個解的基礎(chǔ)上,我們首先研究了帶電粒子在帶電旋轉(zhuǎn)黑洞遠場中的動力學(xué)及其軌道進動。帶電粒子在帶電旋轉(zhuǎn)黑洞產(chǎn)生的引力場中,不僅受到引力的影響,還受到電磁力的作用。利用附加洛倫茲力的測地線方程來獲得帶電粒子的一階后牛頓運動方程。采用Runge-Lenz矢量的變化率來計算帶電粒子在帶電旋轉(zhuǎn)黑洞的赤道面上的軌道進動的方法,獲得了新的進動效應(yīng),它是黑洞的質(zhì)量、角動量和電荷三者的耦合效應(yīng),在某些情況下,該進動可能會大于黑洞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的進動。其次,我們研究了光子在帶電旋轉(zhuǎn)黑洞遠場中的動力學(xué)及光線偏折。光子在引力場中沿測地線運動,根據(jù)帶電旋轉(zhuǎn)黑洞的諧和度規(guī)可獲得光子的二階后牛頓加速度。在牛頓理論近似下,光子的加速度為零,其軌跡是直線。在一階后牛頓近似下,光子將偏離直線運動,其偏離量為一階后牛頓修正量,將該修正量分解為兩個分量：一個沿光子初始速度的分量,利用光子的原時間隔為零可獲得初始速度方向的速度修正量；另一分量是垂直與光子初始速度方向,利用光子的后牛頓加速度可得垂直光子初始速度方向的加速度修正,沿光子牛頓理論下的軌跡積分便獲得了垂直光子初始速度方向的速度修正,再次積分就是垂直光子初始速度方向的軌跡修正。利用迭代方法,獲得光子速度的二階后牛頓修正量。光線的偏轉(zhuǎn)角可用光子的初始速度與光子的二階后牛頓速度的叉乘積表示,獲得了任意情況下光線在帶電旋轉(zhuǎn)黑洞遠場中偏轉(zhuǎn)角的計算公式。最后我們研究自旋粒子在帶電旋轉(zhuǎn)黑洞遠場中的動力學(xué)。自旋粒子在引力場中的運動可由Mathisson-Papapetrou方程來描述,但Mathisson-Papapetrou方程不是閉合的系統(tǒng),需要附加補充條件來確定代表自旋粒子運動的軌跡。我們推導(dǎo)了黑洞外場中,自旋粒子分別在Corinaldesi-Papapetrou、Pirani,以及Tulczyjew自旋補充條件下,質(zhì)心的運動方程和自旋的演化方程,并證明了這三個自旋補充條件描述的都是同一個自旋粒子的運動現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P145.8

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5 ;[J];;年期

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本文編號：1179488