Eddington-Finkelstein-coördinaten

Wat zijn Eddington-Finkelstein-coördinaten en wat kun je er mee?
Eddington
Eddington
Finkelstein
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:
Vergelijking
De differentiaal hiervan is:
Vergelijking
Oftewel:
Vergelijking
Schwarzschild
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:

Vergelijking

Ik stel:
Vergelijking
Daarmee worden de vergelijkingen (1), (3) en (4):
Vergelijking
Vergelijking
Vergelijking
Nu ga ik de tijdcoördinaat in vergelijking (8) vervangen door de nieuwe tijdcoördinaat volgens vergelijking (7):
Vergelijking
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):
Grafiek
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:
Grafiek
De grafiek van g00 (de rode lijn) en g11 (de groene lijn) in Eddington-Finkelstein-coördinaten
Newton
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:

Vergelijking

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 Vergelijking
Toon afleiding
In Eddington-Finkelstein-coördinaten Vergelijking
In isotrope coördinaten Vergelijking
Toon afleiding