Phương Trình Trường Einstein – Wikipedia Tiếng Việt

Thuyết tương đối rộng
G μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν {\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}
Dẫn nhập · Lịch sử · Nguyên lý toán họcKiểm chứng
Khái niệm cơ sởThuyết tương đối hẹpNguyên lý tương đươngTuyến thế giới · Hình học Riemann
Hiệu ứng và hệ quảBài toán Kepler · Thấu kính · SóngKéo hệ quy chiếu · Hiệu ứng trắc địaChân trời sự kiện · Điểm kì dị Lỗ đen
Phương trìnhTuyến tính hóa hấp dẫnHình thức hậu NewtonPhương trình trường EinsteinPhương trình đường trắc địaPhương trình FriedmannHình thức luận ADMHình thức luận BSSNPhương trình Hamilton–Jacobi–Einstein
Lý thuyết phát triểnKaluza–KleinHấp dẫn lượng tử
Các nghiệmSchwarzschild Reissner–Nordström · GödelKerr · Kerr–NewmanKasner · Taub-NUT · Milne · Robertson–WalkerSóng-pp ·
Nhà vật lýEinstein · Lorentz · Hilbert · Poincare · Schwarzschild · Sitter · Reissner · Nordström · Weyl · Eddington · Friedman · Milne · Zwicky · Lemaître · Gödel · Wheeler · Robertson · Bardeen · Walker · Kerr · Chandrasekhar · Ehlers · Penrose · Hawking · Taylor · Hulse · Stockum · Taub · Newman · Khâu Thành Đồng · Thornekhác
Không–thời gianKhông gianThời gianĐường cong thời gian đóngLỗ sâu Không thời gian MinkowskiBiểu đồ không thời gian
x t s

Phương trình trường Einstein hay phương trình Einstein là một hệ gồm 10 phương trình trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein miêu tả tương tác cơ bản là hấp dẫn bằng kết quả của sự cong của không thời gian do có mặt của vật chất và năng lượng.[1] Einstein là người đầu tiên công bố phương trình năm 1915[2] dưới dạng phương trình tenxơ, phương trình Einstein đặt độ cong của không-thời gian (biểu diễn bởi tenxơ Einstein) bằng với năng lượng và động lượng bên trong không thời gian đó (biểu diễn bởi tenxơ ứng suất-năng lượng).

Tương tự như cách các trường điện từ được xác định bằng các điện tích và dòng điện thông qua phương trình Maxwell, phương trình Einstein được sử dụng để xác định hình học của không-thời gian do sự có mặt của khối lượng-năng lượng và động lượng tuyến tính, theo đó chúng xác định lên tenxơ mêtric của không thời gian khi cho một sự sắp xếp ứng suất-năng lượng trong không thời gian. Mối liên hệ giữa tenxơ mêtric và tenxơ Einstein cho phép phương trình trường Einstein được viết dưới dạng tập hợp các phương trình vi phân riêng phần phi tuyến khi sử dụng theo cách này. Nghiệm của phương trình trường là các thành phần của một tenxơ mêtric. Quỹ đạo quán tính của các hạt và đường tia của các bức xạ (đường trắc địa) trong hình học không thời gian được tính toán nhờ sử dụng phương trình đường trắc địa.

Phương trình Einstein tuân theo định luật bảo toàn năng lượng-động lượng định xứ (cục bộ), nó thu về định luật vạn vật hấp dẫn của Newton khi trường hấp dẫn là yếu và các vận tốc nhỏ so với tốc độ ánh sáng.[3]

Các kỹ thuật giải phương trình trường Einstein bao gồm các giả sử đơn giản hóa như không thời gian đối xứng. Những lớp đặc biệt của các nghiệm chính xác thường được nghiên cứu khi chúng thiết lập nhiều mô hình của hiện tượng hấp dẫn, như các lỗ đen quay và vũ trụ giãn nở. Những đơn giản hóa khác được thực hiện trong việc xấp xỉ không thời gian thực về không thời gian phẳng Minkowski với một nhiễu loạn nhỏ, dẫn đến phương pháp tuyến tính hóa phương trình trường Einstein. Phương pháp này dùng để nghiên cứu hiện tượng sóng hấp dẫn.

Dạng toán học

Phương trình trường Einstein có thể được viết theo dạng:[4][5]

R μ ν − 1 2 g μ ν R + g μ ν Λ = 8 π G c 4 T μ ν {\displaystyle R_{\mu \nu }-{1 \over 2}g_{\mu \nu }\,R+g_{\mu \nu }\Lambda ={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}

Trong đó:

• R μ ν {\displaystyle R_{\mu \nu }\,} : tenxơ độ cong Ricci
• R {\displaystyle R\,} : độ cong vô hướng (vô hướng Ricci)
• g μ ν {\displaystyle g_{\mu \nu }\,} : tenxơ mêtric
• Λ {\displaystyle \Lambda \,} : hằng số vũ trụ học
• G {\displaystyle G\,} : hằng số hấp dẫn (giống như hằng số hấp dẫn trong định luật hấp dẫn của Newton)
• c {\displaystyle c\,} : tốc độ của ánh sáng trong chân không
• T μ ν {\displaystyle T_{\mu \nu }\,} : tenxơ ứng suất-năng lượng.

Tenxơ đối xứng chỉ chứa 10 thành phần độc lập, phương trình tenxơ của Einstein tương đương với 1 hệ 10 phương trình vô hướng độc lập. Cùng với 4 đồng nhất thức Bianchi, tương ứng với cách chọn 4 tọa độ tự do, làm cho thực sự có 6 phương trình độc lập không suy biến khi viết phương trình trường Einstein dưới dạng tường minh.

Tenxơ Einstein được định nghĩa bằng:

G μ ν = R μ ν − 1 2 R g μ ν , {\displaystyle G_{\mu \nu }=R_{\mu \nu }-{1 \over 2}Rg_{\mu \nu },}

Nó là một tenxơ đối xứng hạng hai và là hàm của tenxơ mêtric. Phương trình Einstein khi đó viết thành

G μ ν + g μ ν Λ = 8 π G c 4 T μ ν . {\displaystyle G_{\mu \nu }+g_{\mu \nu }\Lambda ={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }.}

Cho biết trước một sự sắp đặt vật chất, tức là biết tenxơ năng lượng-xung lượng Tμν, có thể coi phương trình này tìm nghiệm tenxơ mêtric gμν (đại diện cho không thời gian và cũng thể hiện trường hấp dẫn), do tenxơ Ricci và vô hướng Ricci đều phụ thuộc vào gμν một cách phức tạp.

Biết được tenxơ mêtric gμν, có thể biết được một chất điểm tự do đi theo đường trắc địa trong không thời gian tương ứng với gμν như nào. Trong thuyết tương đối rộng, chất điểm tự do không chịu ngoại lực tác động, và lực hấp dẫn không được coi là một ngoại lực tác động lên vật mà chỉ là hiệu ứng của đường trắc địa cong trong không thời gian cong; đường đi cong của chất điểm tự do có thể coi như tác động của lực hấp dẫn trong cơ học cổ điển.

Việc giải phương trình Einstein và hiểu các nghiệm là công việc cơ bản trong môn vũ trụ học. Một số lời giải cho các trường hợp đặc biệt có thể kể đến là nghiệm Schwarzschild (chân không xung quanh một thiên thể không quay, không tích điện), nghiệm Reissner-Nordström và nghiệm Kerr. Khi không thời gian hoàn toàn là chân không (không có vật chất), lời giải thu về mêtric Minkowski của không thời gian phẳng.

Phương trình trường Einstein tiệm cận về định luật vạn vật hấp dẫn Newton trong phép xấp xỉ trường yếu và xấp xỉ chuyển động chậm (so với tốc độ ánh sáng). Thực tế là hằng số hấp dẫn và các hằng số khác được dùng trong phương trình trường Einstein để khớp nó với định luật vạn vật hấp dẫn Newton trong hai phép xấp xỉ trên.

Tham khảo

1. ^ Einstein, Albert (1916). “The Foundation of the General Theory of Relativity”. Annalen der Physik. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 6 tháng 2 năm 2012.
2. ^ Einstein, Albert (ngày 25 tháng 11 năm 1915). “Die Feldgleichungen der Gravitation”. Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften zu Berlin: 844–847. Bản gốc lưu trữ ngày 27 tháng 10 năm 2016. Truy cập ngày 12 tháng 9 năm 2006.
3. ^ Carroll, Sean (2004). Spacetime and Geometry - An Introduction to General Relativity. tr. 151–159. ISBN 0-8053-8732-3.
4. ^ Einstein, Albert (1916). “The Foundation of the General Theory of Relativity”. Annalen der Physik. 354 (7): 769. Bibcode:1916AnP...354..769E. doi:10.1002/andp.19163540702. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 6 tháng 2 năm 2012.
5. ^ Grøn, Øyvind; Hervik, Sigbjorn (2007). Einstein's General Theory of Relativity: With Modern Applications in Cosmology . Springer Science & Business Media. tr. 180. ISBN 978-0-387-69200-5.

Xem thêm

• Lực hấp dẫn
• Sóng hấp dẫn
• Thuyết hấp dẫn lượng tử vòng
• Thế năng hấp dẫn

Liên kết ngoài

(tiếng Anh)

• Caltech Tutorial on Relativity Lưu trữ 2011-06-21 tại Wayback Machine — Bài viết đơn giản giới thiệu phương trình trường Einstein.
• The Meaning of Einstein's Equation — Giải thích phương trình trường Einstein, cách suy ra nó và một số hệ quả của nó.
• Video bài giảng về phương trình trường Einstein của giáo sư vật lý Edmund Bertschinger MIT.

(tiếng Việt)

• Câu chuyện về phương trình thâu tóm cả Vũ trụ Bản dịch của Phạm Việt Hưng và Nguyễn Thế Trung, nhà xuất bản Trẻ và Tạp chí Tia Sáng năm 2003 từ quyển "God's Equation" của Amir D Aczel, Nhà xuất bản Four Walls Eight Windows, New York 1999

x t s Thuyết tương đối
Thuyếttương đốihẹp	Cơ bản Nguyên lý tương đối  · Giới thiệu thuyết tương đối hẹp  · Thuyết tương đối hẹp  · Lịch sử Cơ sở Chuyển động học Hệ quy chiếu Tốc độ ánh sáng Phương trình Maxwell Công thức Nguyên lý tương đối Galileo Phép biến đổi Galilei Phép biến đổi Lorentz Hệ quả Sự giãn thời gian Khối lượng trong thuyết tương đối hẹp Sự tương đương khối lượng-năng lượng Sự co độ dài Tính tương đối của sự đồng thời Hiệu ứng Doppler tương đối tính Tiến động Thomas Không–thời gian Không thời gian Minkowski Tuyến thế giới Biểu đồ Minkowski Nón ánh sáng
Thuyếttương đốirộng	Cơ bản Giới thiệu thuyết tương đối rộng Phát biểu toán học của thuyết tương đối rộng Thuyết tương đối rộng Lịch sử Khái niệm cơ sở Thuyết tương đối hẹp Nguyên lý tương đương Tuyến thế giới Hình học Riemann Biểu đồ không thời gian Không thời gian trong thuyết tương đối rộng Hiệu ứng Bài toán Kepler trong thuyết tương đối rộng Thấu kính hấp dẫn Sóng hấp dẫn Kéo hệ quy chiếu Hiệu ứng đường trắc địa Chân trời sự kiện Điểm kì dị không-thời gian Lỗ đen Phương trình Tuyến tính hóa hấp dẫn Phương pháp tham số hóa hậu Newton Phương trình trường Einstein Đường trắc địa trong thuyết tương đối rộng Phương trình Friedmann Phương pháp ADM Phương pháp BSSN Phương trình Hamilton–Jacobi–Einstein Lý thuyết phát triển Thuyết Kaluza–Klein Hấp dẫn lượng tử Nghiệm chính xác Mêtric Schwarzschild Mêtric Reissner–Nordström Mêtric GödelMêtric Kerr Mêtric Kerr–Newman Mêtric Kasner Chân không Taub-NUT Mô hình Milne Mêtric Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker Không thời gian pp-sóng Bụi van Stockum
Nhà khoa học	Einstein Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedmann Milne Zwicky Lemaître Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Taylor Hulse Stockum Taub Newman Khâu Thorne Weiss Bondi Misner Những nhà khoa học nghiên cứu thuyết tương đối rộng
Thể loại	Thuyết tương đối

x t s Albert Einstein
Sự nghiệpkhoa học	Thuyết tương đối hẹp Lịch sử Thuyết tương đối rộng Giới thiệu Lịch sử Tương đương khối lượng-năng lượng Chuyển động Brown Hiệu ứng quang điện Thuyết chất rắn của Einstein Nguyên lý tương đương Phương trình trường Einstein Bán kính Einstein Liên hệ Einstein (thuyết động học) Hằng số vũ trụ Ngưng tụ Bose-Einstein Thống kê Bose–Einstein Tương quan Bose–Einstein Thuyết Einstein–Cartan Phương trình Einstein–Infeld–Hoffmann Hiệu ứng Einstein–de Haas Nghịch lý EPR Tranh luận Bohr-Einstein Những khảo cứu không thành công Lưỡng tính sóng–hạt Sóng hấp dẫn Nghịch lý lá trà
Các bài báo	Các bài báo ''Năm kỳ diệu'' (1905) Khảo sát về lý thuyết chuyển động Brown (1905) Relativity: The Special and the General Theory (1916) Thế giới như tôi thấy (sách) (1934) Bức thư Einstein–Szilárd (1939) Tại sao Chủ nghĩa xã hội? (1949) Tuyên ngôn Russell–Einstein (1955)
Gia đình	Pauline Koch (mẹ) Hermann Einstein (bố) Maja Einstein (em gái) Mileva Marić (vợ cả) Elsa Einstein (vợ hai) Lieserl Einstein (con gái) Hans Albert Einstein (con trai) Eduard Einstein (con trai) Bernhard Caesar Einstein (cháu nội) Evelyn Einstein (cháu nội) Thomas Martin Einstein (chắt, con của Bernhard)
Giải thưởngmang tên Einstein	Giải thưởng Albert Einstein Huy chương Albert Einstein Giải Khoa học thế giới Albert Einstein Giải Einstein Giải hòa bình Albert Einstein Giải thưởng Einstein cho khoa học laser
Khác	Quan điểm chính trị Quan điểm tôn giáo Máy làm lạnh của Einstein Bộ não Trong văn hóa Giải thưởng và vinh danh Danh sách Albert Einstein Dự án các bài viết của Einstein Einsteini 2001 Einstein
Thể loại Commons