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一阶广义相对论粘性流体动力学

Fábio S.Bemfica、Marcelo M.Disconzi和Jorge Noronha
物理学。修订版X12,021044–2022年5月24日出版

摘要

我们首次将Navier-Stokes理论推广到相对论,该理论满足以下所有性质:(a)与爱因斯坦方程耦合的系统是因果的强双曲线;(b) 平衡态稳定;(c) 存在所有主要的耗散贡献,即剪切粘度、体积粘度和导热系数;(d) 包括非零重子数;(e) 在理论的有效性范围内,熵产生是非负的;(f) 在没有任何简化对称性假设的情况下,所有这些都适用于非线性领域。这些特性是通过对仅包含流体力学变量的埃卡特理论的推广来实现的,因此不需要像穆勒-伊斯雷尔-施特瓦特理论那样需要新的扩展自由度。特别地,性质(b)来自我们还建立的一个更一般的结果,即当加入流体静止框架的稳定性时,意味着通过洛伦兹变换获得的任何参考框架的稳定性的充分条件。我们所有的结果都是在数学上严格建立的。本文提出的框架为系统研究中子星合并中的广义相对论粘性现象提供了起点。

  • 收到日期:2020年10月9日
  • 2022年1月18日修订
  • 2022年2月15日接受

DOI(操作界面):https://doi.org/10.1103/PhysRevX.12.021044

美国物理学会根据知识共享署名4.0国际许可证。这部作品的进一步分发必须保持作者和已发表文章的标题、期刊引用和DOI的归属。

美国物理学会出版

物理学科标题(PhySH)

引力、宇宙学和天体物理学流体动力学

作者和附属机构

法比奥·本菲卡1,*,马塞洛·M·迪斯科齐2,†、和豪尔赫·诺罗尼亚3,‡

  • 1巴西北里奥格兰德州纳塔尔联邦大学,59072-970
  • 2美国田纳西州纳什维尔范德比尔特大学数学系,邮编:37240
  • 伊利诺伊大学厄本纳-香槟分校伊利诺伊宇宙高级研究中心和物理系,美国伊利诺伊州厄本纳市,邮编61801

  • *fabio.bemfica@ect.ufrn.br
  • marcelo.disconzi@vanderbilt.edu
  • jn0508@illinois.edu

热门摘要

广义相对论预测,一个脱离热平衡的系统在时空中的演化与处于平衡状态时的演化不同。最近对中子星合并产生的引力波的检测提供了第一种测试广义相对论普遍预测的方法,因为在这些剧烈碰撞中形成的超稠密物质在遭遇其命运(例如,黑洞的形成)之前就偏离了热平衡。然而,尽管许多尝试可以追溯到1940年的开创性工作,但仍然缺乏对强引力场中耗散现象的一致描述。我们提出了一个明确的解决方案,以解决这个82年来物理和数学领域的悬而未决的问题。

我们的新方法使用众所周知的物理原理,例如因果关系和热力学第二定律,以及固体数学来重新定义相对论流体动力学领域的最新技术。这项工作中物理和数学的协同结合首次建立了一个通用的统一框架,可直接用于中子星合并形成的超稠密粘性物质的数值模拟。

接下来的步骤包括使用这种形式主义对中子星合并和高密度相对论重离子碰撞进行详细的数值模拟。

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第12卷,第。2022年4月-6月

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