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西莫恩·德尼·泊松
本文是从万有引力定律出发,通过类比电场中高斯定律推出引力场中泊松方程。
前提条件:
1、牛顿理论适用
2、非相对论
3、平直时空
首先,要知道
万有引力:
引力场:
写成矢量形式
引力势:
其中引力场和引力势之间的关系为
接着,我们假设,在一个封闭曲面S内部某一个质量为m1的静止物体
该物体在S面的质通量为
由任意包围m1的封闭曲面,质通量不变,则对于以m1为中心,半径为r的球面求解,得
于是,可以得到封闭曲面内总物质在S上的总质通量,
总质通量为
又由于,总质量可以用密度和体积表示,得
于是
由高斯定律,把左边变为体积分,得
代入引力场和引力势的关系
去掉积分符合,得
其中
(▽▽=▽2=△)
于是,得到了引力场中的泊松方程
此方程是找到爱因斯坦场方程系数κ的关键点。
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