Естественно предположить, что множество решений этой системы (в лучшем случае) одномерно в каждой точке

т.е. общее решение записывается в виде

где

-- метрика, найденная из системы (*)
Это ни на чём не основано. К тому же слова "метрика, найденная из системы (*)" не имеют смысла, ибо из данной системы может находиться не единственная метрика.
На самом деле, в случае двумерного пространства задачу можно считать решённой. Необходимое и достаточное условие метризуемости вот:

(во всей рассматриваемой области,

-- произвольное скалярное поле). Далее найти конкретную согласованную со связностью метрику -- дело техники.
К сожалению, в более чем двумерном случае задача не просто усложняется, а становится на порядок сложнее. То бишь, к проверке

аналогичных условий она не сводится.