“接下來,我將以愛因斯坦引力場方程為例,向大家展示,如何通過龐氏幾何對引力場方程進行解析,從而求出該引力場方程的解析解……”
說著,龐學林拿起記號筆,在白板上寫下愛因斯坦引力場方程的公式。
Ruv-1/2guvR=8πG/c^4×Tuv
會場內頓時響起了一陣嗡嗡嗡的聲音。
愛因斯坦引力場方程?
誰也沒想到,龐學林竟然會拿這個方程舉例。
這個方程看起來很簡單,但是將它展開后,將會得到10個聯立的二階非線性偏微分方程。
如果想要通過這個方程求解這一方程的精確解,其復雜程度足以讓任何人都為之變色。
臺下,譚浩第一時間就明白了龐學林的想法。
“小龐教授這是要通過攀登一座高山,來證明龐氏幾何理論在求解非線性偏微分方程時的優越性呀!”
譚浩眼中流露出一絲震撼之色。
譚浩看過龐學林那篇通過龐氏幾何求解非線性偏微分方程的論文,但那篇論文是純理論性的文章,從根本上告訴大家為什么龐氏幾何能求出非線性偏微分方程的解析解。
那種論文,一般專業的數學家看起來都非常吃力,其他領域的學者那就更加不用說了。
因此,假如能在報告會現場,通過龐氏幾何的方法,直接對一個經典且難度極高的非線性偏微分方程進行求解,無疑更具說服力。
但問題是,愛因斯坦引力場方程真的可以求出解析解嗎?
目前,科學家們只求出了一定條件下的引力場方程精確解,而且只有部分解具備物理學意義。
其中包括史瓦西解、雷斯勒-諾斯特朗姆解、克爾解、托布-NUT解,每一個解都對應著特定類型的黑洞模型;此外還有弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克解、哥德爾宇宙、德西特宇宙、反德西特空間等,每一個解都對應著一個膨脹的宇宙模型。
如果龐學林真的能求出愛因斯坦引力場方程的解析解,那么豈不是意味著該方程的大部分精確解都可以通過解析解求出來?
雖然愛因斯坦引力場方程并非每一個精確解都具有實際物理意義,但毫無疑問,龐學林一旦成功求出引力場方程的解析解,對整個物理學界而言,都有著不小的意義。
一時間,整個禮堂大廳喧鬧了起來,所有人均議論紛紛。
“龐教授選什么不好,干嘛要選愛因斯坦引力場方程,這個方程的求解難度可非同一般,更不用說求它的解析解了。”
“是啊,這么做風險太大了,一旦推導過程卡住了,到時候可就麻煩了!”
“我只能說,龐教授太有魄力了,不過如果真讓他求出愛因斯坦場方程的解析解,整個物理學界估計都會沸騰起來。”
……
龐學林對這一切并不在意,他干咳一聲,繼續道:“眾所周知,廣義相對論的基本觀點是時空結構取決于物質的運動及分布。愛因斯坦提出的引力場方程,提現了運動的物質及其分布決定周圍的時空性質,對于任意坐標變換,場方程的形式不變。而在弱場情況下與牛頓引力的泊松方程對應。因此,愛因斯坦引力場方程實際上包含了廣義相對論的全部內容,下面,我們開始正式對該方程進行解析……”
龐學林拿著記號筆,一邊說,一邊在白板上對愛因斯坦引力場方程進行解析求解。
……
【假設引力場在時空尺度上均勻,Guv是只依賴于度規及一階、二階導數的張量,具有對稱守恒,在弱場,能量—動量張量Tuv正比于Guv表達式。Guv=-8πGTuv
可得:Guv=Ruv-1/2guvR
②Ruv-1/2guvR+λguv=-8πGTuv
常數λ為零,這樣可以得出愛因斯坦引力場方程的形式,由從根本上反應物理規律本質的最小作用量原理可以嚴格導出愛因斯坦作用量方程】