Equazioni di campo di Einstein
1915-11
- Albert Einstein
- David Hilbert
Le equazioni di campo di Einstein (EFE) sono un insieme di dieci equazioni accoppiate e non lineari differenziale parziale equazioni che costituiscono il nucleo della relatività generale. Descrivono l'interazione fondamentale della gravitazione come risultato della curvatura dello spaziotempo causata dalla materia e dall'energia. L'equazione è scritta in modo conciso come [latex]G_{munu} + Lambda g_{munu} = frac{8pi G}{c^4} T_{munu}[/latex], mettendo in relazione la geometria dello spaziotempo con il suo contenuto di energia e quantità di moto.
Queste equazioni costituiscono il fondamento matematico della relatività generale. Nell'equazione [latex]G_{munu} + Lambda g_{munu} = kappa T_{munu}[/latex], il membro di sinistra rappresenta la geometria dello spaziotempo, mentre il membro di destra rappresenta il contenuto di materia ed energia al suo interno. Il tensore di Einstein, [latex]G_{munu}[/latex], è una combinazione specifica del tensore di Ricci e della curvatura scalare, che derivano dal tensore metrico [latex]g_{munu}[/latex]. Il tensore metrico stesso definisce tutte le proprietà geometriche dello spaziotempo, come distanza, volume e curvatura. Il termine [latex]Lambda[/latex] è la costante cosmologica, originariamente introdotta da Einstein per consentire un universo statico e ora associata all'energia oscura e all'accelerazione cosmica.
Sul lato destro, il tensore energia-impulso, [latex]T_{munu}[/latex], è un oggetto matematico che descrive la densità e il flusso di energia e quantità di moto nello spaziotempo. Agisce come la sorgente del campo gravitazionale, analogamente a come la massa è la sorgente della gravità nella teoria di Newton. La costante [latex]kappa = frac{8pi G}{c^4}[/latex] è la costante gravitazionale di Einstein, che garantisce che le previsioni della teoria corrispondano alla gravità newtoniana nel limite di campo debole e bassa velocità.
Risolvere queste equazioni è notoriamente difficile a causa della loro natura non lineare. Le equazioni mostrano che la materia indica allo spaziotempo come curvarsi, e lo spaziotempo curvo indica alla materia come muoversi. Questo ciclo di feedback è la fonte della non linearità. Sono note solo poche soluzioni analitiche esatte, come la soluzione di Schwarzschild per una massa sferica (un buco nero) e la metrica di Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) per un universo omogeneo e isotropo, che costituisce la base della cosmologia moderna.
UNESCO Nomenclature: 2211
Fisica dei campi e delle particelle elementari
Interruzione
Rivoluzionario
Precursori
- Newton’s law of universal gravitation
- Relatività speciale
- Geometria Riemanniana
- Calcolo tensoriale
Applicazioni
- cosmologia
- fisica dei buchi neri
- calcoli delle lenti gravitazionali
- prevedere le onde gravitazionali
- Precisione GPS
Idee e potenziali innovazioni
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Argomenti correlati: equazioni di campo di Einstein, relatività generale, curvatura dello spaziotempo, tensore energia-impulso, tensore metrico, costante cosmologica, gravitazione, equazioni non lineari.