史瓦西解
史瓦西解是球对称、不旋转质量体外部时空的精确描述，是爱因斯坦场方程的第一个也是最简单的解，也是黑洞物理学的基础。
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Definition
史瓦西解是爱因斯坦场方程的唯一静态、球对称真空解，其特征在于一个单一参数——质量，并在与该质量成比例的史瓦西半径处展现出一个事件视界。
Scope
本主题涵盖史瓦西度规及其线元、确立其球形真空唯一性的伯克霍夫定理、史瓦西半径和事件视界的含义、该处坐标奇点与中心处真实奇点的区别、粒子和光的轨道，以及该解在广义相对论经典检验中的作用。
Core questions
- 球形、不旋转质量体在其周围真空中产生何种时空？
- 史瓦西半径和位于该处的视界有何重要意义？
- 该解如何区分坐标奇点和真实奇点？
Key concepts
- 史瓦西度规
- 史瓦西半径
- 伯克霍夫定理
- 事件视界
- 坐标奇点与曲率奇点
- 光子球和最内稳定轨道
Key theories
- 史瓦西度规和伯克霍夫定理
- 任何球对称质量体的外部场都是静态的史瓦西度规，无论源是静态还是脉动的，因此该解是唯一的，即使是坍缩或振荡的球形恒星也不会产生外部引力辐射。
- 事件视界和奇点结构
- 在史瓦西半径处，度规具有一个可移除的坐标奇点，标志着一个事件视界，这是一个单向表面，而曲率仅在中心点发散，该中心点是隐藏在视界后的真实物理奇点。
Clinical relevance
史瓦西几何模型描述了任何近似球形、缓慢旋转物体周围的时空，为行星轨道、引力透镜和GPS提供了相对论修正，并作为不旋转黑洞事件视界的原型。
History
史瓦西在爱因斯坦1915年提出场方程的几个月内，在东线服役期间推导出了该解；史瓦西半径处表面的性质在数十年间一直被误解，直到1950年代后期克鲁斯卡尔、塞克雷斯等人才澄清其为一个平滑的事件视界，而非物理边缘。
Key figures
- Karl Schwarzschild
- George Birkhoff
- Martin Kruskal
Related topics
Seminal works
- schwarzschild1916
- wald1984
Frequently asked questions
- 史瓦西半径是物理学失效的地方吗？
- 不是。史瓦西半径处的表观奇点仅仅是坐标的一个特征；一个坠落的观测者会平滑地穿过它，局部不会感到任何特殊之处，而真正的、无限的曲率只发生在中心奇点处。
- 每颗恒星都有事件视界吗？
- 只有被压缩到其自身史瓦西半径以内（远小于普通恒星）的物体才拥有视界；对于普通恒星和行星，史瓦西几何只是描述了周围的真空，不存在视界。