Пока вы тут ругались я исходную задачку решил.
В исходной ветке (до бранча) спрашивалось на сколько более сильно гравитирует движущаяся чёрная дыра по сравнению с неподвижной. Сейчас я напишу решение этой задачи. Почти этой. Почти потому, что у меня чёрная дыра будет неподвижна, а двигаться будет наблюдатель. Формулировка задачи будет чуть более конкретной: на сколько сильнее будет перегрузка в ракете движущегося наблюдателя, чем в ракете неподвижного.
Под неподвижным наблюдателем имеется ввиду ракета неподвижно зависшая на некотором расстоянии от чёрной дыры.
Под движущимся наблюдателем будет пониматься ракета летящая с постоянной скоростью
прямёхонько вдоль оси
(здесь есть неоднозначность, о которой будет сказано чуть позже).
Перегрузка действующая на космонавтов сидящих в ракетах понятно откуда возникает - ракетные двигатели работают.
Для описания гравитационного поля чёрной дыры я буду использовать систему координат Пенлевэ, метрика в которой имеет вид:
Здесь
- гравитационный радиус.
Напомню, что если ракета движется с четырёхскоростью
, то космонавт сидящий в ракете подвергается воздействию четырёхускорения
:
Для определения абсолютной величины ускорения никаких бустов тетрад не нужно, достаточно вычислить
Но если акселерометр кроме абсолютной величины ускорения измеряет ещё и направление, то, для определения этих трёхмерных проекций, придётся помучиться с тетрадами.
Четырёхскорость неподвижной относительно чёрной дыры ракеты:
Её четырёхускорение:
Теперь построим систему отсчёта относительно которой эта ракета покоится. Её репер:
Ко-репер:
Проекции четырёхускорения (лоренцевские компоненты ускорения):
Как интуитивно и ожидалось отлична от нуля всего одна лоренцевская компонента ускорения:
Теперь пришло время выяснить, а что же такое "прямёхонькая ось
". Тут возможно множество вариантов ответа. Например, с точки зрения только что построенной системы отсчёта, прямёхонькая ось
определяется ортом
цилиндрической системы:
Ну что ж возьмём её. Делаем Лоренцевский буст в плоскости
со скоростью
:
И так, система отсчёта движущаяся равномерно со скоростью
вдоль оси
(это если судить по версии неподвижного наблюдателя) будет такой. Корепер:
Репер:
При
,
это обычная цилиндрическая система (в сферических координатах), так что какой-то смысл в такой "прямохонькой оси
" есть.
Из
получаем, что вторая ракета летит по следующей хитрой траектории:
Вот представьте себе, вот эта хитрая линия и есть прямая ось
по версии зависшего над чёрной дырой космонавта! Для вычисления четырёхускорения нужно ещё знать вторую производную. Вторую производную найдём продифференцировав выражение для первой производной и заменив в получившемся выражении первые производные согласно исходной формуле. Далее вычисляем четырёх ускорение. Затем вычисляем его (лоренцевские) проекции на
, окончательно получаем:
Его абсолютная величина
При
перегрузка второго космонавта неограниченно растёт, то есть, как бы, "
движение увеличивает силу гравитации".
Но это не единственный ответ. В качестве того, что называть "прямой линией
" можно было бы взять нечто другое, например взять систему отсчёта свободно падающего (из бесконечности с нулевой начальной скоростью) наблюдателя, для него "прямая" линия
была бы другой.