克爾度規

廣義相對論中，克爾度規（英語：Kerr metric）或稱克爾真空（英語：Kerr vacuum），描述靜態軸對稱星體（例如：黑洞）周圍的時空幾何。其為愛因斯坦場方程的精確解，故又稱克爾解；廣義相對論的主導方程——愛因斯坦場方程是非線性的，找出其精確解是相當困難的任務。

基本介紹

• 中文名：克爾度規
• 外文名：Kerr metric

簡介

克爾度規是史瓦西度規（1915年）的推廣，後者用以描述靜態球對稱，不旋轉且不帶電荷的星體周圍的時空幾何。在帶電荷的情形下，史瓦西度規成為雷斯勒-諾德斯特洛姆度規（1916年–1918年）。約瑟夫·冷澤和漢斯·提爾苓曾使用弱場近似方法得到過旋轉軸對稱球狀物體度規的近似解。直到1963年方由羅伊·克爾提出精確解，但他並沒有給出推導過程。1973年Schiffer等人給出了克爾度規的推導。

克爾度規的帶電荷版本為克爾-紐曼度規（1965年），以上四個相關的解可整理為如下表格：

	不旋轉 (J= 0)	旋轉 (J≠ 0)
不帶電荷 (Q= 0)	史瓦西度規	克爾度規
帶電荷 (Q≠ 0)	雷斯勒-諾德斯特洛姆度規	克爾-紐曼度規

其中Q代表物體所帶電荷，而J代表物體的自轉角動量。

數學表示

若以波義耳-林德奎斯特坐標寫出克爾真空解，則為：

其中

• M為旋轉物體質量；
  
• a為自轉參數（spin parameter）或稱特定角動量（specific angular momentum），物理意義為單位質量的角動量，用來描述此物體的旋轉，與角動量J有關，關係式為a=J/M；
  
• 所有的物理量採用幾何單位制：c=G=1。
  

當自轉參數a值為零，則表示物體無旋轉，克爾度規退化成史瓦西度規。

注意到：

• 一般而言，波義耳-林德奎斯特坐標系對應準橢球坐標系，在M=Q=0的情況下退化為橢球坐標。
  
• “最大”旋轉程度指的是一黑洞可以存在的最大a值，而非旋轉質量物體可以具有的最大a值。