Seite:K. Schwarzschild - Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie (1916).pdf/5

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Außer diesen drei Gleichungen haben die Funktionen f_1,\ f_2,\ f_4 noch die Determinantengleichung zu erfüllen

d) f_{1}f_{2}^{2}f_{4}=1 oder: \frac{1}{f_{1}}\frac{\partial f}{\partial x_{1}}+\frac{2}{f_{2}}\frac{\partial f_{2}}{\partial x_{1}}+\frac{1}{f_{4}}\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}=0.

Ich lasse zunächst (b) weg und bestimme die drei Funktionen f_1,\ f_2,\ f_4 aus (a), (c) und (d). (c) läßt sich umstellen in die Form

c') \frac{\partial}{\partial x_{1}}\left(\frac{1}{f_{4}}\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}\right)=\frac{1}{f_{1}f_{4}}\frac{\partial f_{1}}{\partial x_{1}}\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}.

Das läßt sich unmittelbar integrieren und gibt

c") \frac{1}{f_{4}}\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}=\alpha f_{1}, (α Integrationskonstante)

(a) und (c') addiert geben

\frac{\partial}{\partial x_{1}}\left(\frac{1}{f_{1}}\frac{\partial f_{1}}{\partial x_{1}}+\frac{1}{f_{4}}\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}\right)=\left(\frac{1}{f_{2}}\frac{\partial f_{2}}{\partial x_{1}}\right)^{2}+\frac{1}{2}\left(\frac{1}{f_{1}}\frac{\partial f_{1}}{\partial x_{1}}+\frac{1}{f_{4}}\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}\right)^{2}.

Verbunden mit (d) folgt

-2\frac{\partial}{\partial x_{1}}\left(\frac{1}{f_{2}}\frac{\partial f_{2}}{\partial x_{1}}\right)=3\left(\frac{1}{f_{2}}\frac{\partial f_{2}}{\partial x_{1}}\right)^{2}.

Integriert

\frac{1}{\frac{1}{f_{2}}\frac{\partial f_{2}}{\partial x_{1}}}=\frac{3}{2}x_{1}+\frac{\rho}{2} (ρ Integrationskonstante)

oder

\frac{1}{f_{2}}\frac{\partial f_{2}}{\partial x_{1}}=\frac{2}{3x_{1}+\rho}.

Nochmals integriert

f_{2}=\lambda(3x_{1}+\rho)^{\frac{2}{3}}. (λ Integrationskonstante)

Die Bedingung im Unendlichen fordert: \lambda=1. Also

f_{2}=(3x_{1}+\rho)^{\frac{2}{3}}. (10)

Damit ergibt sich weiter aus (c") und (d)

\frac{\partial f_{4}}{\partial x_{1}}=\alpha f_{1}f_{4}=\frac{\alpha}{f_{2}^{2}}=\frac{\alpha}{(3x_{1}+\rho)^{\frac{2}{3}}}.

Integriert in Rücksicht auf die Bedingung im Unendlichen

f_{4}=1-\alpha(3x_{1}+\rho)^{-\frac{1}{3}}. (11)

Nunmehr aus (d)

f_{1}=\frac{(3x_{1}+\rho)^{-\frac{4}{3}}}{1-\alpha(3x_{1}+\rho)^{-\frac{1}{3}}}. (12)