Кіріспе

Эйнштейн өрісі теңдеулерінің нақты шешімі

Керр метрикасы немесе Керр геометриясы, квазисфералық оқиға көкжиегі бар айналмалы, зарядталмаған және осьтік симметриялы қара тесіктің айналасындағы бос кеңістік-уақыттың геометриясын сипаттайды. Керр метрикасы – жалпы салыстырмалылық теориясының Эйнштейн өрісі теңдеулерінің нақты шешімі; бұл теңдеулер жоғары дәрежеде сызықтық емес, сондықтан нақты шешімдерді табу өте қиын.

Метрлік

Керр метрикасы көбінесе екі түрдің бірінде беріледі: Бойер-Линдквист түрі және Керр-Шильд түрі. Ол Ньюман-Пенроуз формализмі (бұрылу-коэффициент формализмі деп те аталады), Эрнст теңдеуі немесе эллипсоидтық координаттар трансформациясын қолдана отырып, Ньюман-Джанис алгоритмі арқылы Шварцшильд метрикасынан оңай туындатылады.

Солитон координаттары

Керр метрикасы (Керр-НУТ метрикасымен бірге) осьтік симметриялы болғандықтан, оған Белинский-Захаров түрлендірмесін қолдануға болатын түріне келтірілуі мүмкін. Бұл Керр қара тесігінің гравитациялық солитон түрінде болатынын көрсетеді.

Симметриялар

Керр метрикасының изометриялар тобы – он өлшемді Пуанкаре тобының субтобы, сингулярлықтың екі өлшемді орнын өзіне-өзі бейнелейді. Ол уақыт трансляцияларын (бір өлшем) және айналу осінің айналуын (бір өлшем) сақтайды. Сондықтан оның екі өлшемі бар. Пуанкаре тобы сияқты, оның төрт байланысқан компоненті бар: бірлік компоненті; уақытты және бойлықты кері айналдыратын компонент; экваторлық жазықтыққа қатысты шағылыстыратын компонент; және осы екеуін бірге жасайтын компонент. Физикада симметриялар, әдетте, Ноэтер теоремасына сәйкес, сақталатын шамалармен байланысты. Жоғарыда көрсетілгендей, геодезиялық теңдеулерде төрт сақталатын шама бар: олардың бірі геодезиялықтың анықтамасынан, ал екеуі Керр геометриясының уақыт трансляциясы мен айналу симметриясынан туындайды. Төртінші сақталатын шама стандартты мағынадағы симметриядан туындамайды және оны көбінесе жасырын симметрия деп атайды.

Керрдің аса экстремалды ерітінділері

Оқиғалар көкжиегінің орналасуы 1= Δ=0 теңдеуінің үлкен түбірімен анықталады. Егер 1= r<sub>s</sub> /2 < a (яғни 1= G M<sup>2</sup> < J c ) болса, онда бұл теңдеудің (нақты мәнді) шешімі болмайды және оқиғалар көкжиегі де жоқ. Ғаламның қалған бөлігінен жасыратын оқиғалар көкжиегі болмағандықтан, қара тесік қара тесік сипатын жойып, оның орнына жалаңаш сингулярлыққа айналады.

Ашық мәселелер

Керр геометриясы жиі айналатын қара тесіктің моделі ретінде қолданылады, бірақ егер шешім тек кейбір компактты аймақтың сыртында ғана жарамды деп есептелсе (белгілі бір шектеулерге байланысты), принцип бойынша, ол нейтрон жұлдызы немесе Жер сияқты қара тесіктен басқа айналатын массивті объектінің айналасындағы гравитациялық өрісті модельдеу үшін сыртқы шешім ретінде қолданылуы мүмкін. Бұл айналмасыз жағдайда өте жақсы жұмыс істейді, онда Шварцшильд вакуумдық сыртқы жағы Шварцшильд сұйықтығының ішкі жағымен және, тіпті, жалпы статикалық сфералық симметриялық толық сұйықтық шешімдерімен сәйкес келеді. Дегенмен, Керр сыртқы жағына немесе кез келген асимптотикалық тегіс вакуумдық сыртқы шешімге сәйкес келетін айналатын толық сұйықтық ішкі жағын табу мәселесі өте қиын болып шықты. Әсіресе, бұрын Керр сыртқы жағына сәйкес келуге болатын кандидат деп есептелген Вальквист сұйықтығының мұндай сәйкестікке қабілетсіз екені белгілі болды. Қазіргі уақытта, тек жай айналатын сұйықтық шарларын модельдейтін жуықталған шешімдер ғана белгілі (Бұл нөлдік емес массасы және бұрыштық импульсі бар, бірақ жоғары көпполюстік моменттері жоқ, шар тәрізді шарлардың релятивистік аналогы). Алайда, айналатын жұқа дискіні модельдейтін дәл тозаң шешімі болып табылатын Нойгебауэр–Майнель дискісінің сыртқы жағы, шекті жағдайда 1 = GM^2 = cJ Керр геометриясына жақындасады. Керр кеңістік-уақытының бөліктерін анықтау арқылы алынған физикалық жұқа диск шешімдері де белгілі.