Uitleg artikel algemene relativiteitstheorie: paragraaf 17

Trefwoorden: algemene relativiteitstheorie, Annalen der Physik, Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie/De grondslag van de algemene relativiteitstheorie, Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften/Koninklijke Pruisische Academie der Wetenschappen
Hoofdstuk C:
Theorie van het zwaartekrachtveld.


Paragraaf 17:
De behoudswetten in het algemene geval.
Einstein
Einstein

In de vorige paragraaf is de energietensor Tμν in beeld gekomen en in deze paragraaf gaan we uitzoeken of deze tensor voldoet aan de wetten van behoud van energie en behoud van impuls.

Astronomische foto
De energietensor beschrijft de aanwezige energie
Het uitgangspunt van Einstein is vergelijking (16.24/E52) uit de vorige paragraaf:
Vergelijking
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
Om te beginnen nemen we de contractie van vergelijking (16.24/E52) door de indices μ en σ aan elkaar gelijk te stellen als volgt:
Vergelijking
Vergelijking
Het resultaat daarvan is:
Vergelijking
Nu ga ik vergelijking (17.3) vermenigvuldigen met 1/2 δμσ:
Vergelijking
En vervolgens trek ik vergelijking (17.4) af van vergelijking (16.24/E52):
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
De volgende stap is om vergelijking (17.5/E52a) te differentiëren naar xσ:
Vergelijking
Ik ga de eerste term van vergelijking (17.6) even apart nemen en daarmee knutselen:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
En verder knutselen:
Vergelijking
Vervolgens roep ik vergelijking (11.18/E31) in herinnering:
Vergelijking
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
Daarmee kan ik vergelijking (17.7b) verder vereenvoudigen:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
Nu neem ik de tweede term van vergelijking (17.6) apart voor wat knutselwerk:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein (voor het linkerlid):
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein (voor het rechterlid):
Vergelijking
En weer verder knutselen:
Vergelijking
In dit geval roep ik vergelijking (11.16/E29) erbij:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
Hiermee schrijf ik vergelijking (17.9b) als:
Vergelijking
Wetende dat:
Vergelijking
Dit vereenvoudigt vergelijking (17.10) tot:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein (voor het rechterlid):
Vergelijking
Met de resultaten van de vergelijkingen (17.8/E54) en (17.12) kan ik het complete linkerdeel van vergelijking (17.6) ook schrijven als:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
Dit is een boeiend resultaat, want dit betekent dat voor het rechterdeel van vergelijking (17.6) ook geldt:
Vergelijking
Oorspronkelijke vergelijking uit het artikel van Einstein:
Vergelijking
Gauss
Gauss

In paragraaf 15 heb ik uitgebreid stilgestaan bij de stelling van Gauss en hoe daaruit de behoudswetten volgen in bovenstaande vorm. Nu komen we tot hetzelfde resultaat maar dan voor de totale energie die in een bepaald volume aanwezig is. Het doel van deze paragraaf is volledig bereikt: de veldvergelijkingen zoals die in paragraaf 16 aan de oppervlakte kwamen zijn in overeenstemming met de behoudswetten. Hoera!