Bodová častica vo VTR Vladimír Balek Pole bodového náboja. Majme časticu s nábojom q, ktorá sa nachádza v počiatku súradníc. Elektrická intenzita E v

Podobné dokumenty
Snímka 1

Preco kocka stací? - o tom, ako sú rozdelené vlastné hodnoty laplasiánu v limite, ked sú velké

9.1 MOMENTY ZOTRVACNOSTI \(KVADRATICKÉ MOMENTY\) A DEVIACNÝ MOMENT PRIEREZU

Snímka 1

O možnosti riešenia deformácie zemského povrchu z pohladu metódy konecných prvkov konference pro studenty matematiky

Microsoft Word - 6 Výrazy a vzorce.doc

2.5. Dotyčnica krivky, dotykový kužeľ. Nech f je krivka a nech P V (f) (t.j. m P (f) 1). Ak m P (f) = r a l je taká priamka, že I P (f, l) > r, potom

Slide 1

4. Pravidlo ret azenia. Často sa stretávame so skupinami premenných, ktoré zložitým spôsobom závisia od iných skupín premenných. Pravidlo ret azenia p

Úvod do lineárnej algebry Monika Molnárová Prednášky 2006

Funkcie viac premenných

Operačná analýza 2

FYZIKA I Rámcove otázky 1998

8 Cvičenie 1.1 Dokážte, že pre ľubovoľné body X, Y, Z platí X + Y Z = Z + Y X. 1.2 Dokážte, že pre ľubovoľné body A, B, D, E, F, G afinného priestoru

Slide 1

Diracova rovnica

Operačná analýza 2

III. Diferenciálny počet funkcie viac premenných (Prezentácia k prednáškam, čast B) Matematická analýza IV (ÚMV/MAN2d/10) RNDr. Lenka Halčinová, PhD.

Pocítacové modelovanie - Šírenie vln v nehomogénnom prostredí - FDTD

1. KOMPLEXNÉ ČÍSLA 1. Nájdite výsledok operácie v tvare x+yi, kde x, y R. a i (5 2i)(4 i) b. i(1 + i)(1 i)(1 + 2i)(1 2i) (1 7i) c. (2+3i) a+bi d

Pokrocilé programovanie XI - Diagonalizácia matíc

Ďalšie vlastnosti goniometrických funkcií

SK MATEMATICKÁOLYMPIÁDA skmo.sk 2009/ ročník MO Riešenia úloh česko-poľsko-slovenského stretnutia 1. Určte všetky trojice (a, b, c) kladných r

Urýchľovačová fyzika (letný semester 2014) vyučujúci: M.Gintner, I.Melo prednáška: 2 hod/týždeň cvičenie: 2 hod/týždeň odporúčaná literatúra: M. Bomba

Microsoft Word - Final_test_2008.doc

Matematika 2 - cast: Funkcia viac premenných

SK MATEMATICKA OLYMPIADA 2010/ ročník MO Riešenia úloh domáceho kola kategórie Z4 1. Doplň do prázdnych políčok čísla od 1 do 7 každé raz tak,

PowerPoint Presentation

Úvod do časticovej fyziky časť 1: častice a interakcie Boris Tomášik Univerzita Mateja Bela, Fakulta prírodných vied ČVUT, Fakulta jaderná a fyzikálně

Jadrova fyzika - Bc.

Cvičenie 9 Riešené príklady 1. Príklad min f(x 1, x 2 ) = x x x 1 s.t. x 1 80 x 1 + x Pre riešenie úlohy vykonáme nasledujúce kroky

Biharmonická rovnica - ciže co spôsobí pridanie jedného laplasiánu

gis7 prifuk

Vzorové riešenia úlohy 4.1 Bodovanie Úvod do TI 2010 Dôvod prečo veľa z Vás malo málo bodov bolo to, že ste sa nepokúsili svoje tvrdenia dokázať, prič

Technická Univerzita Košice Matematicko počítačové modelovanie Vysokoškolská učebnica Košice 2013

Microsoft Word - 06b976f06a0Matice - Uzivatelska Dokumentacia

Numerické riešenie všeobecnej (klasickej) DMPK rovnice.

04_kap04

8

IPC Professional Training and Certification

9. kapitola Maticová algebra II systém lineárnych rovníc, Frobeniova veta, Gaussova eliminačná metóda, determinanty 1. Systém lineárnych rovníc Systém

Seriál XXXII.II Mechanika, FYKOS

60. ročník Fyzikálnej olympiády v školskom roku 2018/2019 kategória E okresné kolo Riešenie úloh 1. Zohrievanie vody, výhrevnosť paliva a) Fosílne pal

Microsoft Word - Algoritmy a informatika-priesvitky02.doc

Monday 25 th February, 2013, 11:54 Rozmerová analýza M. Gintner 1.1 Rozmerová analýza ako a prečo to funguje Skúsenost nás učí, že náš svet je poznate

Metrické konštrukcie elipsy Soňa Kudličková, Alžbeta Mackovová Elipsu, ako regulárnu kužeľosečku, môžeme študovať synteticky (konštrukcie bodov elipsy

Model tesnej väzby (TBH) Peter Markoš, KF FEI STU April 21, 2008 Typeset by FoilTEX

Bariéra, rezonančné tunelovanie Peter Markoš, KF FEI STU February 25, 2008 Typeset by FoilTEX

Podivný mikrosvet Mikuláš Gintner Katedra fyziky Žilinská univerzita 2013 Masterclasses in Physics 2013 M. Gintner

Základy programu Editor rovnic

1 Matematika 2 Lineárna algebra Úvod Prehl ad. Tieto poznámky obsahujú podklady k prednáške Matematika 2 na špecializácii Aplikovaná informatika: jedn

Priebeh funkcie

Vzt'ah tenzorov T ij a σ ij v mechanike tekutín Marián Fecko KTF&DF, FMFI UK, Bratislava Ciel'om je pozriet' sa vzt'ah tenzorov T ij a σ ij. Oba súvis

Jozef Kiseľák Sada úloh na precvičenie VIII. 15. máj 2014 A. (a) (b) 1

Metódy násobenie v stredoveku

29.Kvantová fyzika sa zakladá na Planckových a Einsteinových teóriach a hovorí, že všetky procesy sa dejú po maličkých krokoch => všetky fyzikálne vel

A 1

Informačná a modelová podpora pre kvantifikáciu prvkov daňovej sústavy SR

Seriál XXXII.IV Mechanika, FYKOS

Snímka 1

Republika Srbsko MINISTERSTVO OSVETY, VEDY A TECHNOLOGICKÉHO ROZVOJA ÚSTAV PRE HODNOTENIE KVALITY VZDELÁVANIA A VÝCHOVY VOJVODINSKÝ PEDAGOGICKÝ ÚSTAV

Microsoft PowerPoint - Paschenov zakon [Read-Only] [Compatibility Mode]

Teória pravdepodobnosti Zákony velkých císel

Klasické a kvantové vĺny na rozhraniach. Peter Markoš, KF FEI STU April 14, 2008 Typeset by FoilTEX

Microsoft Word - mpicv11.doc

prijimacky 2014 MAT 4rocne ver A.doc

Microsoft Word - mnohouholnik.doc

S rok 2 roky t = 4 1 rok MATEMATIKA I A REPETITÓRIUM Z MATEMATIKY pre Hospodársku informatiku Monika Molnárová Košice 2018

Oceňovanie amerických opcií p. 1/17 Oceňovanie amerických opcií Beáta Stehlíková Finančné deriváty, FMFI UK Bratislava

Microsoft Word - MAT_2018_1 kolo.docx

Programátorské etudy - Pascal

4. MECHANICKÁ PRÁCA, VÝKON A ENERGIA 4 Mechanická práca, výkon a energia Pôsobenie vonkajších síl na hmotné body (telesá), resp. sústavu hmotných bodo

1 Priebeµzné písomné zadanie µc.1. Príklady je potrebné vypoµcíta t, napísa t, a odovzda t, na kontrolu na nasledujúcej konzultácii. Nasledujúce integ

Axióma výberu

Čísla Nájdite všetky dvojice prirodzených čísiel, ktoré vyhovujú rovnici: 2 ( a+ b) ( a b) + 2b ( a+ 2b) 2b = 49 RIEŠENIE ( ) ( ) ( ) 2 a+ b a

Hranoly (11 hodín) September - 17 hodín Opakovanie - 8. ročník (6 hodín) Mesiac Matematika 9. ročník 5 hodín/týždeň 165 hodín/rok Tematický celok Poče

Diferenciálne formy 1 Motto: Symplektická geometria bez foriem je ako rastlina bez listov. Lineárna algebra foriem (tenzory, objemy formy, operácie na

CDT

Informačné technológie

Tabuľky_teoria

1

Microsoft Word - veronika.DOC

Metódy dokazovanie v matematike 1 Základné pojmy Matematika exaktná veda vybudovaná DEDUKTÍVNE ZÁKLADNÉ POJMY základy každej matematickej teórie sú in

1 Tvorba aplikácie Cieľom práce je vytvorenie aplikácie, do ktorej vstupuje navigačná správa a výstupom je KML súbor, ktorý zobrazuje spojnice stanice

Úlohy o veľkých číslach 6. Deliteľnosť In: Ivan Korec (author): Úlohy o veľkých číslach. (Slovak). Praha: Mladá fronta, pp Persistent UR

Microsoft Word - Zaver.pisomka_januar2010.doc

Snímka 1

Operačná analýza 2

Študijný program (Študijný odbor) Školiteľ Forma štúdia Téma Požiadavky na prijatie Výzbroj a technika ozbrojených síl (8.4.3 Výzbroj a technika ozbro

1 Rekurencie este raz riesenia niektorych rekurencii z cvik. mame danu rekurenciu napr T (n) = at ( n b ) + k. idea postupu je postupne rozpisovat cle

SK MATEMATICKÁOLYMPIÁDA skmo.sk 63. ročník Matematickej olympiády 2013/2014 Riešenia úloh česko-poľsko-slovenského stretnutia 1. Dokážte, že kladné re

trafo

Microsoft Word - skripta3b.doc

Matematický model činnosti sekvenčného obvodu 7 MATEMATICKÝ MODEL ČINNOSTI SEKVENČNÉHO OBVODU Konečný automat predstavuje matematický model sekvenčnéh

Title

ORGANIZÁCIA SPOJENÝCH NÁRODOV

TESTOVANIE STABILITY PROCESU POKRAČOVANIA GRADIOMETRICKÝCH MERANÍ DRUŽICE GOCE NADOL

Microsoft PowerPoint - Prog_p08.ppt

Vybrané kapitoly zo štatistickej fyziky - domáce úlohy Michal Koval 19. mája 2015 Domáca úloha č. 1 (pochádza z: [3]) Systém pozos

Prenosový kanál a jeho kapacita

Prepis:

Bodová častica vo VTR Vladimír Balek Pole bodového náboja. Majme časticu s nábojom q, ktorá sa nachádza v počiatku súradníc. Elektrická intenzita E v priestore okolo častice je daná Gaussovým zákonom E = 4πqδ(r). (Používame sústavu jednotiek, v ktorej 4πϵ 0 = 1.) Zo sférickej symetrie plynie, že intenzitu môžeme zapísať ako E = E(r)n, kde r je vzdialenosť od počiatku a n je jednotkový vektor v smere polohového vektora. Keď teraz zintegrujeme obe strany rovnice cez guľu so stredom v počiatku súradníc a polomerom r a využijeme Gaussovu vetu, dostaneme EdV = E ds = 4πr 2 E = 4πq, čiže E = qr 2. Opísaný postup nie je matematicky kóšer, lebo sme použili Gaussovu vetu na integrál z distribúcie, ako keby to bola obyčajná funkcia. Ako sa to robí správne sa naši študenti dozvedia v 4. ročníku na prednáške o diferenciálnych rovniciach. Tam sa zavádza fundamentálne riešenie Laplaceovej rovnice G ako distribúcia spĺňajúca rovnicu G = δ(r). Je zrejmé, že potenciál poľa bodového náboja je Φ = 4πqG a intenzita poľa bodového náboja je E = Φ = 4πq G. Rovnica pre G sa chápe v zmysle teórie distribúcií, teda ako rovnica pre kontrakciu funkcie G s ľubovoľnou funkciou ϕ z priestoru D (priestoru hladkých funkcií s kompaktným nosičom), ( G, ϕ) = ϕ(0). O funkcii G hovoríme, že je z priestoru D (priestoru distribúcií nad priestorom D). Očakávame, že riešením rovnice s kontrakciou bude funkcia, ktorú dostaneme z elementárnej úvahy využívajúcej Gaussovu vetu, G = 1/(4πr). 1

Zapíšeme ( G, ϕ) = (G, ϕ) = G ϕdv, potom oblasť integrácie rozdelíme na guľu so stredom v počiatku súradníc a polomerom ϵ (oblasť B ϵ ) a zvyšok priestoru (oblasť R 3 \B ϵ ), v druhej oblasti použijeme dvakrát Gaussovu vetu už môžeme, podintegrálna funkcia je všade hladká a nakoniec urobíme limitu ϵ 0. Prvý integrál je rádu ϵ 2, takže v uvažovanej limite dá nulu, a druhý integrál po využití Gaussovej vety prejde na rozdiel dvoch plošných integrálov, G ϕdv = G ϕ ds + B ϵ R 3 \B ϵ B ϵ Gϕ ds, z ktorých prvý sa v uvažovanej limite rovná nule a druhý ϕ(0). Vidíme, že uvažovaná funkcia G je naozaj fundamentálne riešenie. Pridanie gravitačného poľa. Ak má častica nenulovú hmotnosť, budí gravitačné pole, a ak stojí v počiatku súradníc, pole je statické a sféricky symetrické. To znamená, že metrika má tvar ds 2 = B(r)dt 2 A(r)dr 2 r 2 dω 2, kde dω 2 = dθ 2 + sin 2 θdϕ 2. (Používame sústavu jednotiek, v ktorej aj c = 1.) Tvar funkcií A, B závisí od teórie gravitácie. Vo VTR pre časticu s hmotnosťou m a nábojom q máme: A 1 = B = 1 2Gmr 1 + Gq 2 r 2. To je Reissnerova Nordströmova metrika. Pri q Gm táto metrika opisuje čiernu dieru, elementárne častice však majú q Gm (pre elektrón platí q 2 /(Gm 2 ) = 4, 17 10 42, viď Feynmanov kurz, zväzok I, 7.7), takže pokiaľ ich chápeme klasicky, sú to nahé singularity. Nič na tom nezmení ani pridanie spinu. Keď chceme preniesť výpočet poľa E z plochého priestoru do priestoru s vlastným gravitačným poľom častice, narážame na to, že metrika je singulárna v počiatku. To je zrejmé pri Reissnerovej Nordströmovej metrike, kde je funkcia B pri r = 0 nekonečná a funkcia A nulová, a dá sa to očakávať aj pri iných (neeinsteinovských) metrikách s bodovým zdrojom. V obvyklom chápaní sa singularita nepovažuje za súčasť variety. 2

Hovorí sa, že je to okraj priestoru, miesto, kde teória zlyháva. My túto množinu bodov (bod r = 0 v ľubovoľnom čase t) pridáme k priestoru a umiestnime do nej δ-funkciu. Uvidíme, že správanie sa funkcií A, B v počiatku nespôsobí pri výpočte nijaké problémy a výsledok bude dokonca v istom zmysle rovnaký ako v plochom priestore. Výpočet intenzity. Pole E získame z rovnice F µν ;ν = 4πj µ, kde F µν je tenzor elektromagnetického poľa a j µ je 4-prúd. Pre bodovú časticu s trajektóriou r = r 0 (t) máme (Landau Lifšic: Teória poľa, 90) j µ = q g dx µ dt δ(r r 0), a keďže F µν ;ν = 1 g ( gf µν ),ν, rovnicu pre F µν môžeme zapísať ako ( gf µν ),ν = 4πq dxµ dt δ(r r 0). V ďalšom nás bude zaujímať iba 0-tá zložka tejto rovnice pri r 0 = 0, ( gf 0i ),i = 4πqδ(r). To je Gaussov zákon zapísaný pre bodovú časticu s vlastným gravitačným poľom, ktorá sa nachádza v počiatku súradníc. Funkcia δ(r), ktorá vystupuje na pravej strane Gaussovho zákona, má dobrý význam v kartézskych súradniciach x i = (x, y, z), ktoré súvisia so sférickými súradnicami x i = (r, θ, ϕ) štandardnými vzťahmi V týchto súradniciach môžeme písať x = r sin θ cos ϕ, y = r sin θ sin ϕ, z = r cos θ. δ(r) = δ(x)δ(y)δ(z), ako sme zvyknutí z plochého priestoru. (Niekedy sa zavádza aj δ-funkcia zapísaná v sférických súradniciach, δ(r) = δ(r)/(4πr 2 ), ale pri práci s ňou treba byť opatrný, pretože 3

súradnica r je z intervalu r 0, ktorý obsahuje nosič funkcie δ(r) ako dolnú hranicu. Celú úvahu o riešení rovnice pre F µν by sme mohli spraviť v sférických súradniciach, keby sme na pravej strane urobili zámenu δ(r) δ(r, θ, ϕ) = δ(r)/(4π) = r 2 δ(r). Nešli sme touto cestou a radšej sme si dali námahu so zavedením kartézskych súradníc, pretože sa chceme striktne držať teórie distribúcií.) Keď chceme použiť kartézske súradnice v δ-funkcii, musíme ich použiť všade, teda musíme Gaussov zákon zapísať ako ( g F 0i ),i = 4πqδ(r). V priestoročase s metrikou ds 2 = Bdt 2 γ ij dx i dx j má priestorová divergencia tvar v i i = (1/ γ)( γv i ),i (zvislá čiara označuje kovariantnú deriváciu v 3-rozmernom priestore), takže platí ( gf 0i ),i = γ( BF 0i ) i = γ invariant vzhľadom na transformácie x i. Odtiaľ vidno, že ľavá strana Gaussovho zákona sa dá prepísať z kartézskych do sférických súradníc podľa vzťahu ( g F 0i ),i = γ/γ( gf 01 ), kde čiarka znamená deriváciu podľa r. Determinant matice g µν je g = f 2 r 4 sin 2 θ, kde f = AB, a determinanty matíc γ ij a γ ij sa líšia iba o štvorec Jacobiánu transformácie x i x i, γ = x/ x 2 γ = r 4 sin 2 θ γ. To znamená, že výraz ( g F 0i ),i sa dá zapísať ako r 2 (fr 2 F 01 ) a Gaussov zákon znie r 2 (fr 2 F 01 ) = 4πqδ(r). Teraz prejdeme k vektoru E. Majme ortonormovanú bázu tvorenú vektormi v smere súradnicových čiar, pozdĺž ktorých sa menia súradnice (t, r, θ, ϕ), eˆ0 µ = 1 δ µ 0, B Príslušná báza kovektorov je eˆ1 µ = 1 δ µ 1, A eˆ2 µ = 1 r δµ 2, eˆ3µ = 1 r sin θ δµ 3. eˆ0 µ = Bδ 0 µ, eˆ1 µ = Aδ 1 µ, eˆ2 µ = rδ 2 µ, eˆ3 µ = r sin θδ 3 µ, 4

takže vektor E má iba radiálnu zložku, Eâ = F ˆ0â = eˆ0 µ eâνf µν = (E, 0, 0), E = ff 01, a táto zložka spĺňa rovnicu r 2 (r 2 E) = 4πqδ(r). Ak zavedieme pomocnú euklidovskú metriku dl 2 E = dx2 + dy 2 + dz 2 a vektor E = En, n = (x, y, z)/r, ľavú stranu rovnice môžeme zapísať ako E E, kde E je nabla-operátor v priestore s metrikou dl 2 E. (To je učebnicový vzorec, ale pre úplnosť: E E = E i i = (1/ γ E )( γ E E i ),i, a v sférických súradniciach platí E i = (E, 0, 0), γ E = r 4 sin 2 θ.) Dostali sme rovnakú rovnicu ako predtým, čiže aj riešenie musí byť rovnaké musí platiť E = q/r 2. Keď riešime rovnicu pre pole E v teórii distribúcií, prechádzame od intenzity poľa k potenciálu definovanému ako Φ = Edr. Zo vzorca pre E máme Φ = q/r. V relativistickej elektrodynamike na opis poľa slúži 0-tá zložka 4-potenciálu, pre ktorú platí A 0 = F 01 = g 00 g 11 F 01 = fe, takže sa líši od poľa Φ súčiniteľom f pod integrálom. V Reissnerovej Nordströmovej metrike, v ktorej f = 1, sa polia A 0 a Φ zhodujú. Holý náboj. Vlastné gravitačné pole častice nemá vplyv na tvar poľa E, ale treba ho zohľadniť pri interpretácii náboja, ktorý toto pole budí. Hustota náboja, ako nultá zložka 4-vektora, závisí od času, ktorý v danom mieste priestoru používame pri opise fyzikálnych dejov. Pokojová hustota náboja sa vzťahuje k vlastnému času objemového elementu, teda k času na ideálnych hodinách, ktoré si element nesie so sebou. Bodová častica nemá dobre definovaný vlastný čas kvôli singularite metriky, ale pokojovú hustotu náboja môžeme zaviesť aj v tomto prípade, ak ju chápeme v limitnom zmysle. Jej hodnota je ρ e = jˆ0 = eˆ0 0 j 0 = B q f δ(r) = q A δ(r). (Využili sme, že g = ( γ/γ) g = f.) Označme A ϵ = A(ϵ) ϵ 0 = ϵ 2 /(Gq 2 ). Na 5

vzorec pre ρ e sa môžeme pozerať tak, že častica má holý náboj q 0, definovaný ako q 0 = q Aϵ = sgn(q) Gq 2 ϵ 1, a tento náboj sa v dôsledku gravitačnej interakcie oblečie na hodnotu q. Pole E je len pomocné, keďže sa vzťahuje k pomocnej metrike. Fyzikálne pole je E fyz = Eeˆ1 = Eeˆ1 1 n = 1 E. A Keďže pri r 0 platí 1/ A = G q /r, veľkosť fyzikálneho poľa počítaná v pomocnej metrike ide do nekonečna nie ako 1/r 2, ale ako 1/r 3 nekonečný náboj budí rýchlejšie divergujúce pole než konečný. Einsteinove rovnice s δ-funkčným zdrojom. Keď sa dá elektrické pole bodovej častice získať z rovnice s δ-funkčným zdrojom, vzniká otázka, ako je to s gravitačným poľom. Dá sa metrika čiernej diery odvodiť z Einsteinových rovníc s δ-funkciou na pravej strane? Bodová častica s hmotnosťou m, ktorá sa nachádza v počiatku súradníc, má tenzor energie-hybnosti t µν = m dx µ dx ν g dτ dt δ(r). V ďalšom budeme potrebovať zmiešanú (00)-zložku tohto tenzora, t 0 0 = g 00 t 00 = B m f dt dτ δ(r) = m A δ(r). (Využili sme, že kontravariantná (00)-zložka je v sférických súradniciach rovnaká ako v kartézskych, t 00 = t 00.) Budeme sa venovať poľu nabitej častice a až na konci sa pozrieme, čo sa zmení, keď je častica elektricky neutrálna. V úlohe s nabitou časticou je okrem látkového tenzora energie-hybnosti v hre aj tenzor energie-hybnosti elektromagnetického poľa, pre ktorý máme θ µν = 1 (F µρ F ν ρ 1 ) 4π 4 gµν F ρσ F ρσ, θ 0 0 aj θ 1 1 = 1 8π F 01F 01 = E2 8π = Všimnime si ešte, že hustota hmotnosti častice je ρ = tˆ0ˆ0 = eˆ0 0 eˆ00 t 0 0 = t 0 0. 6 q2 8πr 4.

S týmto vzorcom pre ρ môžeme zaviesť holú hmotnosť m 0, podobne ako sme predtým zaviedli holý náboj q 0. Ako uvidíme, pri výpočte s δ-funkčným zdrojom vyjde rovnaká funkcia A, aká vystupuje v Reissnerovej Nordströmovej metrike, s asymptotikou A = r 2 /(Gq 2 ) pri r 0. Holá hmotnosť teda je m 0 = m Aϵ = Gm q ϵ 1. Ak označíme A = e λ, B = e ν, zmiešané zložky Einsteinových rovníc sú (Landau Lifšic: Teória poľa, 100): Pre funkciu f odtiaľ dostaneme e λ (λ r 1 r 2 ) + r 2 = 8πG(t 0 0 + θ 0 0), e λ ( ν r 1 r 2 ) + r 2 = 8πGθ 1 1. f f = 1 2 (λ + ν ) = 4πGe λ rt 0 0 = 4πG Arδ(r). Z asymptotiky funkcie A pri r 0 plynie, že výraz pred δ-funkciou je úmerný r 2 a v súčine s δ-funkciou dá nulu. Z rovnice potom dostaneme f = konšt, a keď opäť nahliadneme dopredu, zistíme, že na správnu asymptotiku metriky pri r potrebujeme f = 1. Ostáva nám určiť funkciu A. Zapíšme zmiešanú (00)-zložku Einsteinových rovníc ako r 2 (ra 1 ) = r 2 8πGm 0 δ(r) Gq 2 r 4. Ak zavedieme pole F vzťahmi F = F n, F = r 1 A 1, ľavú stranu rovnice môžeme zapísať ako E F, takže máme opäť Gaussov zákon v plochom priestore, akurát v ňom okrem δ-funkčného zdroja vystupuje aj rozmazaný sféricky symetrický zdroj. Príspevok k funkcii F od δ-funkčného zdroja je F I = 2Gm 0 r 2, ale príspevok of rozmazaného zdroja nie je dobre definovaný kvôli členu úmernému r 4, ktorý diverguje príliš rýchlo. Úlohu môžeme dotiahnuť do konca, ak tento člen regularizujeme pridaním súčiniteľa θ(r ϵ), s tým, že na konci spravíme limitu ϵ 0. Týmto spôsobom dostaneme F II = r 1 + Gq 2 r 2 (r 1 ϵ 1 ) = r 1( 1 + Gq 2 r 2 G q 0 r 1). 7

Pre funkciu A odtiaľ máme A 1 = F r = 1 2G mr 1 + Gq 2 r 2, kde m je oblečená hmotnosť, m = m 0 + q 0 2 G = ( G q m + q 2 G ) ϵ 1. Dostali sme Reissnerovu Nordströmovu metriku s hmotnosťou m a nábojom q. Z podmienky, aby hmotnosť m bola konečná, plynie obmedzenie na hmotnosť m. Musí platiť m = q 2 G + O(ϵ), čiže hmotnosť m musí byť záporná a v absolútnej hodnote rádovo rovná hmotnosti q / G, ktorá pre elektrón vychádza o 21 rádov väčšia než skutočná hmotnosť. Keď je častica neutrálna, funkcia A má pri r 0 asymptotiku A = r/(2g m), takže pre fyzikálnu hmotnosť, ktorá sa pri nulovom náboji častice zhoduje s holou hmotnosťou, platí m = m Aϵ = m 2G mϵ 1/2 = 2Gm 2 ϵ 1. Ako vidno, hmotnosť m musí byť teraz rýdzo imaginárna (tachyónová) a rádu ϵ 1/2, m m = i 2G ϵ. Pri takej hmotnosti m je riešením úlohy Schwarzschildova metrika s hmotnosťou m. Vyšli sme z rovníc, ktoré sa všade mimo počiatku zhodujú so štandardnými rovnicami, preto nie je prekvapivé, že nám vyšli štandardné riešenia Schwarzschildova a Reissnerova Nordströmova metrika. Išlo len o to, akú na to budeme potrebovať hmotnosť m, ktorá vystupuje vo vyjadrení t µν a má význam fyzikálnej hmotnosti v prípade bez vlastného gravitačného poľa častice. Záver nie je veľmi potešiteľný: pri nenabitej častici potrebujeme m imaginárne a pri nabitej častici m záporné. 8