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シュワルツシルト半径 (1回目)

2023/8/14(月) シュワルツシルト半径 (1回目)   (Schwarzschild radius) 極座標の微小不変量dsを求める   ■ 導出 ▼ 極座標の微小不変量ds https://ulprojectmail.blogspot.com/2023/07/polar-4.html 極座標 (4回目) より   g αβ  = diag(1, r 2 , r 2 sin 2 θ)   dw = cdtとして ds 2  = -dw 2  + dx 2  + dy 2  + dz 2   を極座標で求めると 時間軸を追加して g αβ  = diag(-1, 1, r 2 , r 2 sin 2 θ) dr α  = dw, dr,dθ,dφ として ds 2  = g αβ dx α dx β  = g αα dx α dx α   = -dw 2  + dr 2  + r 2 dθ 2  + r 2 sin 2 θdφ 2       ■ 結果 ▼ 極座標の微小不変量 ds 2  = -dw 2  + dr 2  + r 2 dθ 2  + r 2 sin 2 θdφ 2       ■ 別解 ▼ 極座標の全微分 https://ulprojectmail.blogspot.com/2023/06/polar-1.html 極座標 (1回目)   x = rsinθcosφ y = rsinθsinφ z = rcosθ   x α  = x,y,z、r β  = r,θ,φ 全微分 dx α  = (∂x α /∂r β )dr β   dx = sinθcosφdr+rcosθcosφdθ-rsinθsinφdφ   dy = sinθsinφdr+rcosθsinφdθ+rsinθcosφdφ dz = cosθdr-rsinθdθ   (a + b + c) 2  = (a+b) 2  + 2(a+b)c + c 2   = a 2  + b 2  + c 2  + 2(ab + bc + ca)   dx 2  = (sinθcosφdr) 2 +(rcosθcosφdθ) 2 +(rsinθsinφdφ) 2   + 2(sinθcosφdr)(rcosθcosφdθ) - 2(rcosθcosφdθ)(rsinθsinφdφ) - 2(r

相対性理論 (8回目)

2023/8/10(木) 相対性理論 (8回目)   一般相対性理論 (General relativity theory)   アインシュタインの重力場方程式の導出   ■ 導出 ▼ 比例式の簡単な例 微分が0(傾きが0) f'(x) = df/dx = 0 g'(x) = dg/dx = 0 となる関数の簡単な例を f(x) = 4 g(x) = 8 とすると g(x) = kf(x)と置けるので k = 2 g(x) = 2f(x)となる   ▼ 比例式 https://ulprojectmail.blogspot.com/2023/08/curvature-5.html 曲率テンソル (5回目) と 相対性理論 (6回目) 相対性理論 (7回目) より   アインシュタインテンソル G μν  = R μν  - (1/2)g μν R ∂G μν /∂x μ  = ∇ μ G μν  = 0 エネルギー運動量テンソル ∂T μν /∂x μ  = ∇ μ T μν  = 0 より 微分が0同士なので G μν  = kT μν   の関係があると置けるので ニュートン近似でkを決定する   またニュートン近似はcに対してx,y,z の変化が少ないのでu 0 のみつまりT 00 のみ考える また|v|<<|c|より ローレンツ係数γ = 1/√{1 - (v/c) 2 } ≒ 1   T μν  = ρc 2 u μ u ν  より T 00  = ρc 2 u 0 u 0  = ε = γ 2 ρc 2  = ρc 2     ▼ 重力場方程式の変形 G μν  = kT μν   G μν  = R μν  - (1/2)g μν R R μν  - (1/2)g μν R = kT μν   両辺にg μi g νj を掛ける g μi g νj R μν  - (1/2)g μi g νj g μν R = kg μi g νj T μν   R ij  - (1/2)g ij R = kT ij   両辺にg ij を掛ける g ij R ij  - (1/2)g ij g ij R = kg ij T ij   R i i  - (1/2)δ i i R = kT i i   R - (1/2)4R = kT R =

N88-BASICでポテンシャル

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2023/8/2(水) N88-BASICでポテンシャル   (Potential)   重力場のポテンシャル   ■ 参照 https://ulprojectmail.blogspot.com/2023/07/poisson-2.html ポアソン方程式 (2回目) より ポテンシャルエネルギー(位置エネルギー) V(r) = -GMm/r U(h) = mgh     ■ 定義 G   :重力定数 r   :原点からの距離(m) V(r):重力ポテンシャル(位置)エネルギー(J) U(h):重力ポテンシャル(位置)エネルギー(J)近似 R N pE :地球の極半径6356.8 km … (正確に) R N eE :地球赤道半径6378.1 km … (正確に) M e :地球の質量5.9724×10 24  kg R e :地球の半径(R N pE R N eE 2 ) 1/3  = 6370.992×10 3  m h   :地球表面からの高さ(|h| << |R e |) g   :GM/R e 2  (m/s 2 ) m   :物質の質量(kg)     ■ 地球の平均半径の計算 球の体積 4πr 3 /3 楕円体の体積 4πabc/3 極半径p、赤道半径eの回転楕円体の体積 4πpe 2 /3   4πr 3 /3 = 4πpe 2 /3とすると r 3  = pe 2   r = (pe 2 ) 1/3   これを地球の平均半径としました   ■ 動作 rとV(r),U(h)のグラフを表示   ポテンシャルエネルギー(位置エネルギー)は m = 1 kgの時の値を表示しています (単位はSI系を使用)   VL,NL,XL-BASICと blg~.zip ( pote001 .bas)は 以下のリンクからダウンロードできます https://ulprojectmail.blogspot.com Readme.txtを読んで遊んで下さい  

相対性理論 (7回目)

2023/7/20(木) 相対性理論 (7回目)   一般相対性理論 (General relativity theory)   エネルギー運動量テンソルT μν   (応力テンソル以外)の導出     ■ まえがき 以後 上付添字は反変成分、下付添字は共変成分を表す (共変成分:座標と同じ変換法則で変換される成分) (反変成分:座標と逆の変換法則で変換される成分) (ただし、下付添字x,y,zを除く)   テンソルはスカラー、ベクトル、行列のようなもので 0階のテンソルはスカラーで 1階のテンソルはベクトルで 2階のテンソルは行列で表現できる     ■ エネルギー密度と運動量密度 ε:エネルギー密度 π x :運動量密度 ρ:密度 m:質量 γ:ローレンツ係数   γ = 1/√{1 - (v/c) 2 }   (2回目)より u :四元速度 p :四元運動量 u  = (u 0 , u 1 , u 2 , u 3 ) p  = (E/c, p x , p x , p x ) = mc(u 0 , u 1 , u 2 , u 3 ) = mc(γ, γv x /c, γv y /c, γv z /c) = (γmc, γmv x , γmv y , γmv z ) より   m ∝ γρ … ローレンツ収縮による密度の影響 E = γmc 2  より ε = γ 2 ρc 2  = u 0 u 0 ρc 2  … (u 0  = γ)   p x  = γmv x  より π x  = γ 2 ρv x  = u 0 u 1 ρc … (cu 1  = γv x ) cπ x  = u 0 u 1 ρc 2         ■ エネルギー運動量テンソルの定義 2階の反変テンソル エネルギー運動量テンソルを T μν  = ρc 2   |u 0 u 0  u 0 u 1  u 0 u 2  u 0 u 3 | |u 1 u 0  u 1 u 1  u 1 u 2  u 1 u 3 | |u 2 u 0  u 2 u 1  u 2 u 2  u 2 u 3 | |u 3 u 0  u 3 u 1  u 3 u 2  u 3 u 3 | と定義すると   T μν  = |ε  cπ x   cπ y   cπ z  | |cπ x  ρc 2 u 1 u 1  ρ

相対性理論 (6回目)

2023/7/18(火) 相対性理論 (6回目)   一般相対性理論 (General relativity theory)   測地線の方程式のニュートン近似を求める   ■ 定義 ▼ クリストッフェル記号 Γ k ij  = g ka Γ aij   = (∂ 2 X' m /∂X i ∂X j )(∂X k /∂X' m ) = (1/2)g ka {(∂g ja /∂X i )+(∂g ai /∂X j )-(∂g ij /∂X a )} 導出は htt クリストッフェル記号 (4回目)   Γ k ij  = g ka Γ aij   = (∂ 2 X' m /∂X i ∂X j )(∂X k /∂X' m ) = (1/2)g ka {(∂g ja /∂X i )+(∂g ai /∂X j )-(∂g ij /∂X a )}   ▼ 測地線の方程式 x' α :局所慣性系座標 x α :一般慣性系座標  (d 2 x γ /dτ 2 ) + Γ γ αβ (dx α /dτ)(dx β /dτ) = 0 右辺は外力   加速度 (d 2 x γ /dτ 2 ) = -Γ γ αβ (dx α /dτ)(dx β /dτ) 右辺は重力を意味する     ■ 導出 ▼ 測地線の方程式の変形 x α :位置 u α :四元速度(dx α /dτ) p α :四元運動量(mcu α ) 詳しくは (2回目)   加速度 (d 2 x γ /dτ 2 ) = -Γ γ αβ (dx α /dτ)(dx β /dτ) = (du γ /dτ) = -Γ γ αβ u α u β   力(加速度にmcを掛けたもの) (dp γ /dτ) = {-1/(mc)}Γ γ αβ p α p β     τ:固有時(不変量) ds:微小不変量 dτ 2  = -g αβ dx α dx β  = ds 2     ▼ ニュートン近似(速度) ニュートン近似では 空間方向の移動<<時間方向の移動(光の速さ) なのでg 00 以外は微小とする dτ ≒ √(-g 00 )dx 0  = √(-g 00 )cdt   力 (dp γ /dτ) = {-1/(mc)}Γ γ αβ p α p β   (√(-g 00 )cdp γ