Eddington-Finkelstein-coördinaten

Wat zijn Eddington-Finkelstein-coördinaten en wat kun je er mee?

Eddington

Finkelstein

In de eerste plaats zijn het eigenlijk Eddington-coördinaten, want hij schreef ze als eerste op (in 1924, toen was Finkelstein nog niet eens geboren) en Finkelstein kwam er pas veel later (in 1958) nogmaals mee aanzetten. Echter, door weer zo’n rare historische twist zijn de namen van beide heren nu verbonden aan dit coördinatenstelsel.

Goed, dat gezegd hebbende, Eddington-Finkelstein-coördinaten zijn een soort bolcoördinaten waarbij je de tijd t omzet als volgt:
De differentiaal hiervan is:
Oftewel:

Schwarzschild

Het feit dat ik de tijdcoördinaat ga omzetten geeft eigenlijk al wel aan dat ik met relativiteitstheorie bezig ben. Daarom pak ik nu de Schwarzschild-oplossing erbij, de eerste en eenvoudigste oplossing van de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie:

Ik stel:
Daarmee worden de vergelijkingen (1), (3) en (4):


Nu ga ik de tijdcoördinaat in vergelijking (8) vervangen door de nieuwe tijdcoördinaat volgens vergelijking (7):
Wanneer ik g00 en g11 uitzet in een grafiek in bolcoördinaten dan ziet dat er zo uit (waarbij ik r0 genormaliseerd heb naar één en de lichtsnelheid c ook):

De grafiek van g00 (de rode lijn) en g11 (de groene lijn) in bolcoördinaten
Voor r = 1 is er een probleem: g11 gaat naar oneindig. Hieronder staat dezelfde grafiek, maar dan in Eddington-Finkelstein-coördinaten:

De grafiek van g00 (de rode lijn) en g11 (de groene lijn) in Eddington-Finkelstein-coördinaten

Newton

Er zijn nu geen wiskundige problemen meer in die zin dat een noemer op enig moment nul wordt. Behalve natuurlijk voor r = 0, maar dat was altijd al zo, ook bij de gravitatiewet van Newton:

Dit is de kracht en het nut van Eddington-Finkelstein-coördinaten, bij zwarte gaten kom je met andere coördinatensystemen in de problemen in de buurt van de horizon en dat wiskundige akkefietje wordt op deze manier weggepoetst.

Dat brengt ons bij dit overzicht:
De Schwarzschild-oplossing
In bolcoördinaten
Toon afleiding
In Eddington-Finkelstein-coördinaten
In isotrope coördinaten
Toon afleiding