可以通過求愛因斯場方程的數值解來求太陽內部的壓強嗎?

時間 2021-05-05 14:55:15

1樓:樂學者

由於是球對稱,所以如果密度已知的話,還是可以求解的。這時,因為密度已知,所以共有3個未知函式 ,它們都只的徑向座標 的函式。為了能使求解更為有效,我們取長度的單位為千公尺,這時有:

設太陽的質量分布如下(注意這裡的長度單位是千公尺):

這時太陽的中心密度大約是 ,而邊緣的氣體則十分稀薄。這時,我們得到要求解的三條方程為:

可喜的是它們是一階的。因為在太陽外的解是史瓦西解,所以我們可以設定邊界為:

最後,我們得到下面的結果:

可見,在太陽內部,壓強是非常高的,高達1800億個標準大氣壓。而度規偏離平直時空是非常小的。在太陽的中心, 偏離平直時空最大。

而在太陽的中心, ,然後達到乙個峰值時逐漸下降。 的解析解是:

我們看到,的解析解與數值解完全一致:

如果星球的內部解與密度恆定的史瓦西內部解有同樣的形式的話,那麼其解析解可表示為:

但是我們發現這種形式的解析解和數值解是不一致的,可見這種解析解並不真的是密度不恆定的星球內部的解析解。據說,當密度不恆定時,在星球的內部 是沒有解析解的。如下:

但它們在星球表面處趨於一致,然後連線史瓦西外部解。

反思:我們真的通過愛因斯坦場方程求出了太陽內部的壓強了嗎?事實上,文獻(The Cambridge Encyclclopedia of The Sun(劍橋太陽百科全書),劍橋大學出版社,2023年版)顯示,太陽內部的壓強是

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