180
Invarian Kretschmann untuk Ruang-waktu Vakum,
Statik dan Bersimetri Bola
Deity Lestaria*, Mega Nurhanisaa
aProdi Fisika, FMIPA Universitas Tanjungpura, Pontianak *Email : [email protected]
Abstrak
Dalam penelitian ini, telah dilakukan perhitungan invarian Kretschmann dari lubang hitam Schwarzschild yang merupakan solusi persamaan Einstein untuk ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola. Langkah pertama dari perhitungan ini adalah dengan menghitung semua simbol Christoffel dari komponen-komponen tensor metrik Schwarzschild, yang dilanjutkan dengan menghitung semua komponen-komponen kovarian dan kontravarian dari tensor Riemann. Selanjutnya, besaran invarian Kretschmann dari lubang hitam Schwarzschild dapat diperoleh dari komponen-komponen tensor Riemann tersebut. Berdasarkan ungkapan analitik invarian Kretschmann yang telah diperoleh dapat ditunjukkan bahwa lubang hitam Schwarzschild memiliki singularitas nyata di π = 0 dan singularitas semu (singularitas koordinat) di π = 2π. Permukaan π = 2π ini kemudian dikenal sebagai horizon peristiwa lubang hitam Schwarzschild. Kata Kunci : Invarian Kretschmann, Simbol Christoffel, Lubang Hitam, Singularitas Ruang-Waktu 1. Latar Belakang
Dalam teori relativitas umum, eksistensi lubang hitam dapat dikaitkan dengan singularitas ruang-waktu. Berdasarkan uraian yang terdapat di dalam beberapa buku tentang teori relativitas umum [1, 2, 3], ada dua jenis singularitas, yaitu singularitas nyata dan singularitas semu. Singularitas nyata merupakan singularitas yang tidak dapat dihilangkan dengan transformasi koordinat, sebaliknya singularitas semu adalah singularitas yang dapat dihilangkan dengan transformasi koordinat. Pengidentifikasian singularitas dalam solusi persamaan Einstein adalah hal yang rumit. Biasanya hal ini dibahas dalam buku teks teori relativitas umum tingkat lanjut [4]. Akan tetapi, secara sederhana identifikasi singularitas bisa dilakukan dengan membangun sebuah besaran invarian (yang dikenal sebagai invarian Kretschmann), karena adanya nilai blow-up (menuju tak hingga) dari besaran ini dapat menjadi syarat cukup (sufficient condition) bagi eksistensi singularitas nyata [1]. Lebih jauh dijelaskan pula, bahwa jika invarian Kretschamann bersifat regular (tidak blow-up) maka singularitas tersebut merupakan singularitas semu. Singularitas semu inilah yang kemudian dikaitkan dengan horizon peristiwa dari sebuah lubang hitam.
Dalam kajian Analisis Tensor, besaran invarian merupakan sebarang objek, fungsi, persamaan atau formula yang ungkapan matematisnya tidak bergantung pada sistem koordinat [5]. Contoh terkenal dari besaran ini adalah panjang (norm) dari suatu vector [6]. Selanjutnya, bersaran-besaran invarian ini memiliki signifikansi fundamental karena dapat
merepresentasikan sifat intrinsik dari objek matematis yang ditinjau [5]. Salah satu besaran invarian yang banyak digunakan dalam analisis lubang hitam adalah invarian Kretschmann. Besaran yang pertama kali diperkenalkan oleh Erich Kretschmann pada tahun 1915 ini merupakan salah satu dari 14 buah besaran invarian orde dua yang dapat dibangun dari tensor kelengkungan Riemann [7]. Penggunaan invarian Kretschmann telah banyak dilakukan dalam penelitian terdahulu, misalnya penggunaan invarian Kretschmann dalam analisis ruang-waktu di sekitar lubang hitam yang memberi peluang untuk βmelihatβ lubang hitam secara teoretis dengan lebih baik sehingga lubang hitam dapat divisualisasikan secara realistik [8]. Selain itu, invarian Kretschmann beserta dua besaran invarian lainnya yaitu invarian Chern-Pontryagin dan invarian Euler, telah dimanfaatkan untuk menganalisis lubang hitam Kerr-Newmann dengan menggunakan formalisme Newmann-Penrose [7]. Serta yang baru dikaji dalam beberapa tahun terakhir ini adalah penggunaan invarian Kretschmann untuk menganalisis hubungan antara singularitas ruang-waktu dengan entropi dan informasi [9].
Berdasarkan uraian di atas dapat dilihat bahwa invarian Kretschmann memiliki peranan yang penting dalam teori relativitas umum Einstein. Karena itu dalam artikel ini akan diuraikan secara terperinci tentang penggunaan besaran tersebut dalam identifikasi singularitas pada solusi lubang hitam Schwarzschild yang merupakan solusi persamaan Einstein untuk ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola. Artikel ini bersifat studi pustaka, sehingga hasil-hasil yang diberikan di dalamnya merupakan
181 penurunan kembali dari hasil-hasil yang telah
ada di berbagai buku teks standar teori relativitas umum.
2. Metodologi
Perhitungan invarian Kretschmann untuk ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola dimulai dengan menentukan komponen-komponen tensor metrik dan inversnya. Ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola dikarakterisasi oleh metrik Schwarzschild yang berbentuk ππ 2= (1 β2π π) ππ‘ 2β (1 β2π π) β1 ππ2β π2(ππ2+ π ππ2πππ2), (1)
dari metrik di atas dapat ditentukan elemen tensor metrik dan inversnya serta simbol Christoffel dengan persamaan
Ξππ£πΌ =1 2π
πΌπ½[π
πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£], (2) selanjutnya dihitung komponen kovarian dan kontravarian dari tensor Riemann dengan menggunakan persamaan
π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ β
Ξπ½ππΞπππ½ , (3)
dan yang terakhir adalah dihitung invarian Kretschmann dengan menggunakan persamaan
πΎ = π πππππ ππππ. (4)
3. Hasil dan Pembahasan
3.1 Simbol Christoffel dan Tensor untuk Ruang-waktu Vakum, Statik dan Bersimetri Bola
Dengan menggunakan Persamaan (2) untuk metrik ruang-waktu yang diberikan oleh persamaan (1), dapat dihitung simbol Christoffel jenis kedua. Dari 64 buah simbol Christoffel jenis kedua untuk ruang-waktu berdimensi empat, dalam kasus ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola hanya ada 13 buah simbol Christoffel jenis kedua yang tidak bernilai nol. Ketiga belas buah simbol Christoffel jenis kedua yang tidak nol itu adalah:
Ξ010 = Ξ 100 = π π2 1 (1 β2ππ ) Ξ001 = β (π π2β 2π2 π3 ) Ξ111 =π π2 1 (1 β2ππ ) Ξ221 = π (1 β2π π ) Ξ331 = βππ ππ2π (1 β2π π ) Ξ122 = Ξ 212 = 1 π Ξ332 = βπ πππ πππ π Ξ133 = Ξ313 = 1 π Ξ233 = Ξ 323 = πππ‘π. (5)
Selanjutnya dapat pula dihitung simbol Christoffel jenis pertama dengan menggunakan hubungan Ξπππ= ππΌπΞπππΌ. Seperti halnya simbol Christoffel jenis kedua, dari 64 buah simbol Christoffel jenis pertama terdapat 13 buah simbol yang tidak bernilai nol untuk ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola, yaitu:
Ξ001= Ξ010= βΞ100=π π2 Ξ111= π βπ2( 1 (1 β2ππ ) ) 2 βΞ212= βΞ221= Ξ122= π βΞ313= βΞ331= Ξ133= π π ππ2π βΞ323= βΞ332= Ξ233= π2sin π cos π. (6)
3.2 Tensor Riemann untuk Ruang-waktu Vakum, Statik dan Bersimetri Bola Dengan mensubtitusikan simbol Christoffel jenis pertama ke Persamaan (3), dapat dihitung komponen-komponen kovarian dari tensor Riemann untuk ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola. Dari 256 komponen tensor Riemann, terdapat 24 komponen yang tidak bernilai nol,yaitu:
π 0101= π 1010= 2π π3 π 0110= π 1001= β2π π3 π 0202= π 2020= β π π (1 β 2π π ) π 0220= π 2002= π π (1 β 2π π )
182 π 0303 = π 3030=π π π ππ 2π (1 β2π π ) π 0330 = π 3003= π π π ππ 2π (1 β2π π ) π 2332 = π 3223= π2π ππ2π [1 β (1 β2π π )] π 1212= π 2121=π π ( 1 1 β2ππ ) π 1221= π 2112= β π π( 1 1 β2ππ ) π 1313= π 3131= β π π π ππ 2π ( 1 1 β2ππ ) π 1331= π 3113= π π π ππ2π ( 1 1 β2ππ ) π 2323 = π 3232= π2π ππ2π [(1 β 2π π ) β 1] π 2332 = π 3223= π2π ππ2π [1 β (1 β 2π π)]. (7)
Kemudian dihitung komponen-komponen kontravarian dari tensor Riemann dan menghasilkan 24 komponen yang tidak nol, yaitu: π 0101= π 1010=2π π3 π 0110= π 1001= β2π π3 π 0202= π 2020= βπ π5 1 (1 β2ππ ) π 0220= π 2002=π π5 1 (1 β2ππ ) π 0303= π 3030 = β π π5 π ππ2π( 1 (1 β2ππ ) ) π 0330= π 3003= π π5 π ππ2π( 1 (1 β2ππ ) ) π 1212= π 2121=π π5(1 β 2π π ) π 1221= π 2112= βπ π5(1 β 2π π ) π 1313= π 3131= π π5 π ππ2π(1 β 2π π ) π 1331= π 3113= β π π5 π ππ2π(1 β 2π π ) π 2323= π 3232= π π6π ππ2π[(1 β 2π π ) β 1] π 2332= π 3223= π π6π ππ2π[1 β (1 β2π π )] (8) 3.3 Invarian Kretschmann
Dengan menggunakan komponen kovarian dan kontravarian dari tensor Riemann, sebagaimana yang telah diberikan oleh persamaan (7) dan (8), besaran invarian Kretschmann dapat dihitung secara langsung dengan menggunakan persamaan (4) yang menghasilkan nilai invarian Kretschmann sebagai berikut
πΎ =48π 2
π6 . (9)
Ruang-waktu Schwarzschild dengan elemen garis yang diberikan oleh persamaan (1) akan bersifat singular di titik π = 0 dan π = 2π, karena jika titik-titik tersebut disubstitusikan ke persamaan (1) maka interval antara dua peristiwa (ππ 2) akan bernilai tak hingga. Akan tetapi, titik π = 0 dan π = 2π memiliki sifat
183 singularitas yang berbeda. Hal ini dapat dicek
dari nilai invarian Kretschmann di titik-titik tersebut. Dengan mensubstitusikan π = 0 ke persamaan (9), dapat dilihat bahwa invarian Kretschmann bernilai tak hingga sehingga dapat disimpulkan titik π = 0 merupakan singularitas esensial (singularitas nyata) yang tidak dapat dihilangkan dengan melakukan transformasi koordinat. Sebaliknya, titik π = 2π adalah singularitas semu (dapat dihilangkan dengan transformasi koordinat) karena nilai invarian Kretschmann di titik tersebut adalah 2/3π4 (memiliki nilai berhingga). Titik π = 2π ini biasanya dikenal sebagai horizon peristiwa yang memisahkan daerah di dalam lubang hitam dan daerah di luarnya. Titik π = 2π juga akan membalik tanda dari komponen metrik g00 dan g11. Pada daerah π > 2π g00 bernilai positif dan g11 bernilai negatif, sebaliknya pada daerah π < 2π goo bernilai negatif dan g11 bernilai negatif. Ini berarti bahwa di dalam lubang hitam koordinat ruang dan koordinat waktu saling bertukar peran.
Gambar 1. Horizon peristiwa pada lubang hitam 4. Kesimpulan
Ruang-waktu vakum, statik dan bersimetri bola yang dikarakterisasi oleh metrik Schwarzschild memiliki bentuk umum ππ 2= (1 β2π π) ππ‘ 2β (1 β2π π) β1 ππ2β
π2(ππ2+ π ππ2πππ2) memiliki nilai invarian Kretschmann untuk 48ππ62. Dari nilai invarian
Kretschmann tersebut dapat dilihat bahwa titik π = 0 dan π = 2π memiliki sifat singularitas yang berbeda. titik π = 0 merupakan singularitas esensial yang tidak dapat dihilangkan dengan melakukan transformasi koordinat. Sebaliknya, titik π = 2π adalah singularitas semu (singularitas koordinat) karena memiliki nilai. Titik π = 2π memisahkan daerah di dalam lubang hitam dan daerah di luarnya yang biasanya dikenal sebagai horizon peristiwa lubang hitam Schwarzschild.
5. Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Azrul Azwar, S.Si., M.Si., Bapak Dr.
Hasanuddin, S.Si., M.Si., dan Bapak Yudha Arman, S.Si., M.Si., D.Sc. atas bimbingan, arahan, dan masukan dalam penyelesaian penulisan artikel ini.
Daftar Pustaka
[1] Carroll, S., Spacetime and Geometry: An Introduction to General Relativity. Harlow: Pearson Education Limited, 2003.
[2] GrΓΈn, Γ., & Hervik, S. g., Einsteinβs General Theory of Relativity, New York: Springer, 2007.
[3] McMahon, D. Relativity Demistified. New York: McGraw-Hill. 2006.
[4] Wald, R. M., General Relativity, Chicago and London: The University of Chicago Press, 1984.
[5] Kay, D. C, Tensor Calculus. New York: McGraw-Hill, 2011.
[6] Fleisch, D. A, A Studentβs Guide to Vectors. New York: Cambridge University Press, 2012.
[7] Cherubini, C., Bini, D., Capozziello, S., & Ruffini, R., Second Order Scalar Invariants of the Riemann Tensor: Aplications to Black Hole Spacetimes, Int. J.Mod Phys D, Vol. 11, No. 6 , 827-841, 2003.
[8] Henry, R. C. Kretschmann Scalar for Kerr-Newmann Black Hole, The Astrophysical Journal, 535 , 350-353, 2000
[9] Gkigkitzis, I., Haranas, I., & Ragos, O., Kretschmann Invariant and Relations Between Spacetime Singularities Entropy and Information, Physics International 5 (1) , 103-111,2014. Lampiran Solusi Schwarzschild ππ 2= (1 β2π π ) ππ‘ 2β (1 β2π π ) β1 ππ2 β π2(ππ + π ππ2πππ2) Simbol Christoffel jenis kedua yang tidak bernilai nol Ξππ£πΌ = 1 2ππΌπ½[ππππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ010 = 1 2π 0π½[π 0π1π½+ π1π00β ππ½π01] Ξ010 = 1 2π 0π½π 0π1π½+ 1 2π 0π½π 1π00 Horizon peristiwa r=2m
184 Ξ010 = [1 2π 00π 0π10+ 1 2π 01π 0π11+ 1 2π 02π 0π12 +1 2π 03π 0π13] + [1 2π 00π 1π00+ 1 2π 01π 1π00+ 1 2π 02π 1π00 +1 2π 03π 1π00] Ξ010 = 1 2π 00π 1π00 Ξ010 = 1 2 1 (1 β2ππ ) π ππ (1 β 2π π ) Ξ010 = π π2 1 (1 β2ππ ) Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ100 = 1 2π 0π½[π 1π0π½+ π0π01β ππ½π10] Ξ100 = 1 2π 0π½π 1π0π½ Ξ100 = [ 1 2π00π1π00+ 1 2π01π1π01+ 1 2π02π1π02 +1 2π 03π 1π03] Ξ100 = 1 2π 00π 1π00 Ξ100 = 1 2 1 (1 β2ππ ) π ππ (1 β 2π π ) Ξ100 = π π2 1 (1 β2ππ ) Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ001 = 1 2π 1π½[π 0π0π½+ π0π10β ππ½π00] Ξ001 = 1 2π 1π½π 0π0π½β 1 2π 1π½π π½π00 Ξ001 = [1 2π 10π 0π00+ 1 2π 11π 0π01+ 1 2π 12π 0π02 +1 2π 13π 0π03] β [1 2π 10π 0π00+ 1 2π 11π 1π00+ 1 2π 12π 2π00 +1 2π 13π 3π00] Ξ001 = β 1 2π 11π 1π00 Ξ001 = β 1 2β (1 β 2π π ) π ππ 1 (1 β2ππ ) Ξ001 = β (π π2β 2π2 π3 ) Ξππ£πΌ = 1 2ππΌπ½[ππππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ111 = 1 2π 1π½[π 1π1π½+ π1π11β ππ½π11] Ξ111 = 1 2π 1π½π 1π1π½+ 1 2π 1π½π 1π11β 1 2π 1π½π π½π11 Ξ111 = [ 1 2π10π1π10+ 1 2π11π1π11+ 1 2π12π1π12 +1 2π13π1π13] + [1 2π 10π 1π11+ 1 2π 11π 1π11+ 1 2π 12π 1π11 +1 2π 13π 1π11] β [1 2π 10π 0π11+ 1 2π 11π 1π11+ 1 2π 12π 2π11 +1 2π 13π 3π11] Ξ111 = 1 2π 11π 1π11+ 1 2π 11π 1π11β 1 2π 11π 1π11 Ξ111 = 1 2π11π1π11 Ξ111 = 1 2(1 β 2π π ) π ππ 1 (1 β2ππ ) Ξ111 = π π2 1 (1 β2ππ )
185 Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ221 = 1 2π 1π½[π 2π2π½+ π2π12β ππ½π22] Ξ221 = 1 2π 1π½π 2π2π½β 1 2π 1π½π π½π22 Ξ221 = [ 1 2π 10π 2π20+ 1 2π 11π 2π21+ 1 2π 12π 2π22 +1 2π 13π 2π23] β [1 2π 10π 0π22+ 1 2π 11π 1π22+ 1 2π 12π 2π22 +1 2π 13π 3π22] Ξ221 = β1 2π 11π 1π22 Ξ221 = β 1 2 β (1 β 2π π ) π ππβπ 2 Ξ221 = (1 β 2π π ) π Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ331 = 1 2π 1π½[π 3π3π½+ π3π13β ππ½π33] Ξ331 = 1 2π1π½π3π3π½β 1 2π1π½ππ½π33 Ξ331 = [ 1 2π 10π 3π30+ 1 2π 11π 3π31+ 1 2π 12π 3π32 +1 2π 13π 3π33] β [1 2π 10π 0π33+ 1 2π 11π 1π33+ 1 2π 12π 2π33 +1 2π13π3π33] Ξ331 = β 1 2π 11π 1π33 Ξ331 = β 1 2 β (1 β 2π π ) π ππβπ 2π ππ2π Ξ331 = β (1 β 2π π ) ππ ππ 2π Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ122 = 1 2π 2π½[π 1π2π½+ π2π21β ππ½π12] Ξ122 = 1 2π 2π½π 1π2π½ Ξ122 = [ 1 2π 20π 1π20+ 1 2π 21π 1π21+ 1 2π 22π 1π22 +1 2π 23π 1π23] Ξ122 = 1 2π 22π 1π22 Ξ122 = 1 2(β 1 π2) π ππβ π 2 Ξ122 = 1 π Ξππ£πΌ = 1 2ππΌπ½[ππππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ212 = 1 2π 2π½[π 2π1π½+ π1π22β ππ½π21] Ξ212 = 1 2π 2π½π 2π1π½+ 1 2π 2π½π 1π22 Ξ212 = [ 1 2π20π2π10+ 1 2π21π2π11+ 1 2π22π2π12 +1 2π 23π 2π13] + [1 2π 20π 1π22+ 1 2π 21π 1π22+ 1 2π 22π 1π22 +1 2π23π1π22] Ξ212 = 1 2π 22π 1π22 Ξ212 = 1 2(β 1 π2) π ππ(βπ 2) Ξ212 = 1 π Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£]
186 Ξ332 =1 2π 2π½[π 3π3π½+ π3π23β ππ½π33] Ξ332 = 1 2π 2π½π 3π3π½β 1 2π 2π½π π½π33 Ξ332 = [ 1 2π 20π 3π30+ 1 2π 21π 3π31+ 1 2π 22π 3π32 +1 2π23π3π33] β [1 2π20π0π33+ 1 2π21π1π33+ 1 2π22π2π33 +1 2π 23π 3π33] Ξ332 = β 1 2π 22π 2π33 Ξ332 = β 1 2(β 1 π2) π ππ(βπ 2π ππ2π) Ξ332 = βπ πππ πππ π Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ133 = 1 2π 3π½[π 1π3π½+ π2π31β ππ½π13] Ξ133 = 1 2π3π½π1π3π½ Ξ133 = [ 1 2π 30π 1π30+ 1 2π 31π 1π31+ 1 2π 32π 1π32 +1 2π 33π 1π33] Ξ133 = 1 2π 33π 1π33 Ξ133 = 1 2(β 1 π2π ππ2π) π ππ(βπ2π ππ2π) Ξ133 = 1 π Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ233 = 1 2π3π½[π2π3π½+ π3π32β ππ½π23] Ξ233 = 1 2π 3π½π 2π3π½ Ξ233 = [1 2π 30π 2π30+ 1 2π 31π 2π31+ 1 2π 32π 2π32 +1 2π 33π 2π33] Ξ233 = β 1 2π 33π 2π33 Ξ233 = β 1 2(β 1 π2π ππ2π) π ππ(βπ2π ππ2π) Ξ233 = πππ‘π Ξππ£πΌ = 1 2ππΌπ½[ππππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ313 = 1 2π 3π½[π 3π1π½+ π1π33β ππ½π31] Ξ313 =1 2π 3π½π 3π1π½+ 1 2π 3π½π 1π33 Ξ313 = [ 1 2π 30π 3π10+ 1 2π 31π 3π11+ 1 2π 32π 3π12 +1 2π 33π 3π13] + [1 2π 30π 1π33+ 1 2π 31π 1π33+ 1 2π 32π 1π33 +1 2π 33π 1π33] Ξ313 =1 2π 33π 1π33 Ξ313 = 1 2(β 1 π2π ππ2π) π ππ(βπ 2π ππ2π) Ξ313 = 1 π Ξππ£πΌ = 1 2π πΌπ½[π πππ£π½+ ππ£ππΌπβ ππ½πππ£] Ξ323 = 1 2π3π½[π3π2π½+ π2π33β ππ½π32] Ξ323 = 1 2π 3π½π 3π2π½+ 1 2π 3π½π 2π33 Ξ323 = [ 1 2π30π3π20+ 1 2π31π3π21+ 1 2π32π3π22 +1 2π 33π 3π23] +
187 [1 2π 30π 2π33+ 1 2π 31π 2π33+ 1 2π 32π 2π33 +1 2π 33π 2π33] Ξ323 = 1 2π 33π 2π33 Ξ323 = 1 2(β 1 π2π ππ2π) π ππ(βπ2π ππ2π) Ξ323 = cot π
Simbol Christoffel jenis pertama yang tidak bernilai nol Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ001= ππΌ0Ξ01πΌ Ξ001= π00Ξ010 + π10Ξ101+ π20Ξ012 + π30Ξ013 Ξ001= π00Ξ010 Ξ001= (1 β 2π π ) π π2 1 (1 β2ππ ) Ξ001= π π2 Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ010= ππΌ0Ξ10πΌ Ξ010= π00Ξ100 + π10Ξ110+ π20Ξ102 + π30Ξ103 Ξ010= π00Ξ100 Ξ010= (1 β 2π π ) π π2 1 (1 β2ππ ) Ξ010= π π2 Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ100= ππΌ1Ξ00πΌ Ξ100= π01Ξ000 + π11Ξ100+ π21Ξ002 + π31Ξ003 Ξ100= π11Ξ001 Ξ100= β 1 (1 β2ππ ) π π2(1 β 2π π ) Ξ100= π π2 Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ111= ππΌ1Ξ11πΌ Ξ111= π01Ξ000 + π11Ξ111+ π21Ξ112 + π31Ξ113 Ξ111= π11Ξ111 Ξ111= β 1 (1 β2ππ ) π π2β 1 (1 β2ππ ) Ξ111= π βπ2( 1 (1 β2ππ ) ) 2 Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ122= ππΌ1Ξ22πΌ Ξ122= π01Ξ220 + π11Ξ122+ π21Ξ222 + π31Ξ223 Ξ122= π11Ξ122 Ξ122= β 1 (1 β2ππ ) (βπ) (1 β2π π ) Ξ122= π Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ133= ππΌ1Ξ33πΌ Ξ133= π01Ξ330 + π11Ξ133+ π21Ξ332 + π31Ξ333 Ξ133= π11Ξ133 Ξ133= β 1 (1 β2ππ ) (βπ π ππ2π) (1 β2π π ) Ξ133= π π ππ2π
188 Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ212= ππΌ2Ξ22πΌ Ξ212= π02Ξ120 + π12Ξ112+ π22Ξ122 + π32Ξ123 Ξ212= π22Ξ122 Ξ212= βπ2 1 π Ξ212= βπ Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ221= ππΌ2Ξ21πΌ Ξ221= π02Ξ210 + π12Ξ121+ π22Ξ212 + π32Ξ213 Ξ221= π22Ξ212 Ξ221= βπ2 1 π Ξ221= βπ Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ233= ππΌ2Ξ33πΌ Ξ233= π02Ξ330 + π12Ξ133+ π22Ξ332 + π32Ξ333 Ξ233= π22Ξ331 Ξ233= βπ2(β sin π) cos π Ξ233= π2sin π cos π Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ313= ππΌ3Ξ13πΌ Ξ313= π03Ξ130 + π13Ξ113+ π23Ξ132 + π33Ξ133 Ξ313= π33Ξ133 Ξ313= βπ2 π ππ2π 1 π Ξ313= βπ π ππ2π Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ323= ππΌ3Ξ23πΌ Ξ323= π03Ξ230 + π13Ξ123+ π23Ξ232 + π33Ξ233 Ξ323= π33Ξ233 Ξ323= βπ2 π ππ2π cot π Ξ323= βπ2sin π cos π Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ331= ππΌ3Ξ31πΌ Ξ331= π03Ξ310 + π13Ξ131+ π23Ξ312 + π33Ξ313 Ξ331= π33Ξ313 Ξ331= βπ2 π ππ2π 1 π Ξ331= βπ π ππ2π Ξπππ= ππΌπΞπππΌ Ξ332= ππΌ3Ξ32πΌ Ξ332= π03Ξ320 + π13Ξ132+ π23Ξ322 + π33Ξ323 Ξ332= π33Ξ323 Ξ332= βπ2 π ππ2π cot π Ξ332= βπ2sin π cos π
Komponen kovarian Tensor Riemann yang tidak bernilai nol
π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 0101= π0Ξ011β π1Ξ010+Ξπ½01Ξ10π½ βΞπ½00Ξ11π½ π 0101= 0 β π ππΞ010+Ξ001Ξ10 0 βΞ 100Ξ111 π 0101= β π ππ π π2+ π π2 π π2β 2ππ β [(βπ π2) (β π π2β 2ππ)]
189 π 0101=2π π3 π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 0110= π1Ξ010β π0Ξ011+Ξπ½00Ξ11 π½ βΞ π½01Ξ10 π½ π 0110= π ππΞ010β 0 +Ξ100Ξ11 1 βΞ 001Ξ100 π 0110= π ππ π π2β 0 + [(β π π2) (β π π2β 2ππ)] βπ π2 π π2β 2ππ π 0110= β 2π π3 π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 0202= π0Ξ022β π2Ξ020+Ξπ½02Ξ20 π½ βΞπ½00Ξ22 π½ π 0202= 0 β 0 + 0 βΞ100Ξ221 π 0202= β π π2π (1 β 2π π ) π 0202= β π π (1 β 2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 0220= π2Ξ020β π0Ξ022+Ξπ½00Ξ22 π½ βΞπ½02Ξ20 π½ π 0220= 0 β 0 +Ξ100Ξ122β 0 π 0220= π π2π (1 β 2π π ) π 0220= π π (1 β 2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 0303= π0Ξ033β π3Ξ030+Ξπ½03Ξ30 π½ βΞπ½00Ξ33 π½ π 0303= 0 β 0 + 0 βΞ100Ξ331 π 0303= β [βπ π2(βπ π ππ2π) (1 β 2π π )] π 0303= β π π π ππ 2π (1 β2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 0330= π3Ξ030β π0Ξ033+Ξπ½00Ξ33π½ βΞπ½03Ξ30π½ π 0330= 0 β 0 +Ξ100Ξ331 β 0 π 0330= βπ π2(βπ π ππ2π) (1 β 2π π ) π 0330=π π π ππ 2π (1 β2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 1010= π1Ξ100β π0Ξ101+Ξπ½10Ξ01π½ βΞπ½11Ξ00π½ π 1010= π ππΞ100β 0 +Ξ010Ξ01 0 βΞ 111Ξ001 π 1010= π ππ(β π π2) + π π2 π π2( 1 1 β2ππ ) βπ π2( 1 1 β2ππ ) 2 π π2(1 β 2π π ) π 1010=2π π3 π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 1212= π1Ξ122β π2Ξ121+Ξπ½12Ξ21 π½ βΞπ½11Ξ22 π½ π 1212= π ππΞ122β 0 +Ξ212Ξ21 2 βΞ 111Ξ221 π 1212= π πππ + (βπ 1 π) β π π2( 1 1 β2ππ ) 2 (βπ) (1 β2π π )
190 π 1212= π π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 1221= π1Ξ121β π1Ξ122+Ξπ½11Ξ22 π½ βΞπ½12Ξ21 π½ π 1221= 0 β π ππΞ122+Ξ111Ξ22 1 βΞ 212Ξ212 π 1221= β π πππ + π π2( 1 1 β2ππ ) 2 (βπ) (1 β2π π ) β (βπ 1 π) π 1221= β π π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 1313= π1Ξ133β π3Ξ131+Ξπ½13Ξ31 π½ βΞπ½11Ξ33 π½ π 1313= π ππΞ133β 0 +Ξ313Ξ31 3 βΞ 111Ξ331 π 1313= π πππ π ππ 2π + (βπ π ππ2π1 π) β π π2( 1 1 β2ππ ) 2 (βπ π ππ2π) (1 β2π π ) π 1313=π π π ππ 2π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 1331= π3Ξ131β π1Ξ133+Ξπ½11Ξ33π½ βΞπ½13Ξ31π½ π 1313= 0 β π ππΞ133+Ξ313Ξ31 3 βΞ 111Ξ331 π 1313= β π πππ π ππ 2π +π π2( 1 1 β2ππ ) 2 (βπ π ππ2π) (1 β2π π ) β (βπ π ππ 2π1 π) π 1313= β π π π ππ2π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 2002= π0Ξ202β π2Ξ200+Ξπ½22Ξ00π½ βΞπ½20Ξ02π½ π 2002= 0 β 0 +Ξ122Ξ001 β 0 π 2002= π π π2(1 β 2π π ) π 2002= π π(1 β 2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 2020= π2Ξ200β π0Ξ202+Ξπ½20Ξ02π½ βΞπ½22Ξ00π½ π 2020= 0 β 0 + 0 βΞ122Ξ001 π 2020= βππ π2(1 β 2π π ) π 2020= β π π (1 β 2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 2112= π1Ξ212β π2Ξ211+Ξπ½22Ξ11π½ βΞπ½21Ξ12π½ π 2112= π ππΞ212β 0 +Ξ122Ξ11 1 βΞ 221Ξ122 π 2112= π ππ(βπ) + π (β π π2 1 1 β2ππ ) β (βπ 1 π)
191 π 2112= β π π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 2121= π2Ξ211β π1Ξ212+Ξπ½21Ξ12 π½ βΞπ½22Ξ11 π½ π 2121= 0 β π ππΞ212+Ξ221Ξ12 2 βΞ 122Ξ111 π 2121= β π ππ(βπ) + (βπ 1 π) β π (β π π2 1 1 β2ππ ) π 2121= π π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 2323= π2Ξ233β π3Ξ232+Ξπ½23Ξ32π½ βΞπ½22Ξ33π½ π 2323= π ππΞ233β 0 +Ξ323Ξ32 3 βΞ 122Ξ331 π 2323= π ππ(π
2sin π cos π) β π2sin π cos π cot π
β [π (βππ ππ2π) (1 β2π π )] π 2323= π2π ππ2π [(1 β2π π ) β 1] π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 2332= π3Ξ232β π2Ξ233+Ξπ½22Ξ33π½ βΞπ½23Ξ32π½ π 2332= 0 β π ππΞ233+Ξ122Ξ33 1 βΞ 323Ξ323 π 2332= β π ππ(π 2sin π cos π) + [π (β ππ ππ2π) (1 β2π π )] β (βπ2sin π cos π cot π)
π 2332= π2π ππ2π [1 β (1 β2π π )] π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 3003= π0Ξ303β π3Ξ300+Ξπ½33Ξ00π½ βΞπ½30Ξ03π½ π 3003= 0 β 0 +Ξ133Ξ001 β 0 π 3003= π π ππ2ππ π2(1 β 2π π ) π 3003=π π π ππ 2π (1 β2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 3030= π3Ξ300β π0Ξ303+Ξπ½30Ξ03π½ βΞπ½33Ξ00π½ π 3030= 0 β 0 + 0 βΞ133Ξ001 π 3030= βπ π ππ2ππ π2(1 β 2π π ) π 3030= βπ π π ππ 2π (1 β2π π ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 3113= π1Ξ313β π3Ξ311+Ξπ½33Ξ11π½ βΞπ½31Ξ13π½ π 3113= π ππΞ313β 0 + [Ξ133Ξ11 1 +Ξ 233Ξ112 ] βΞ331Ξ133 π 3113= π ππ(β π π ππ2π) + [π π ππ2π (βπ π2 1 1 β2ππ ) + π sin π cos π] β (βπ π ππ2π1 π) π 3113= βπ π π ππ2π ( 1 1 β2ππ )
192 π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 3131= π3Ξ311β π1Ξ313+Ξπ½31Ξ13π½ βΞπ½33Ξ11π½ π 3131= 0 β π ππΞ313+Ξ331Ξ13 3 βΞ 133Ξ111 π 3131= β π ππ(βπ π ππ 2π) + (βπ π ππ2π1 π) β π π ππ2π (βπ π2 1 1 β2ππ ) π 3131=π π π ππ 2π ( 1 1 β2ππ ) π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 3223= π2Ξ323β π3Ξ322+Ξπ½33Ξ22π½ βΞπ½32Ξ23π½ π 3223= π ππΞ323β 0 +Ξ133Ξ22 1 βΞ 332Ξ323 π 3223= π ππ(βπ 2sin π cos π) + [ππ ππ2π (β π) (1 β2π π )] β(βπ2sin π cos π cot π)
π 3223= π2π ππ2π [1 β (1 β 2π π )] π ππππ= ππΞπππβ ππΞπππ+Ξπ½ππΞπππ½ βΞπ½ππΞπππ½ π 3232= π3Ξ322β π2Ξ323+Ξπ½32Ξ23π½ βΞπ½33Ξ22π½ π 3232= 0 β π ππΞ323+Ξ332Ξ32 3 βΞ 133Ξ221 π 3232= π ππ(π 2sin π cos π)
+ (βπ2sin π cos π cot π) β [ππ ππ2π (βπ) (1 β2π
π )] π 3232= π2π ππ2π [(1 β
2π π ) β 1]
Komponen kontravarian Tensor Riemann yang tidak bernilai nol
π ππππ= π ππππππππππππππππ π 0101= π 0101π00π11π00π11 π 0101=2π π3 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) π 0101=2π π3 π ππππ= π ππππππππππππππππ π 0110= π 0110π00π11π11π00 π 0110=2π π3 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) π 0110= β2π π3 π ππππ= π ππππππππππππππππ π 0202= π 0202π00π22π00π22 π 0202= βπ π (1 β 2π π ) 1 (1 β2ππ ) (β1 π2) 1 (1 β2ππ ) (β1 π2) π 0202= βπ π5 1 (1 β2ππ ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 0220= π 0220π00π22π22π00
193 π 0220=π π (1 β 2π π ) 1 (1 β2ππ ) (β1 π2) (β 1 π2) 1 (1 β2ππ ) π 0220= π π5( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 0303= π 0303π00π33π00π33 π 0303= βπ π(1 β 2π π ) 1 (1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) 1 (1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) π 0303= β π π5 π ππ2π( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 0330= π 0330π00π33π33π00 π 0330=π π (1 β 2π π ) 1 (1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) (β 1 π2 π ππ2π) 1 (1 β2ππ ) π 0330= π π5 π ππ2π( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 1001= π 1001π11π00π00π11 π 1001= β2π π3 (β (1 β 2π π )) 1 (1 β2ππ ) 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) π 1001= β2π π3 π ππππ= π ππππππππππππππππ π 1010= π 1010π11π00π11π00 π 1010=2π π3 (β (1 β 2π π )) 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) 1 (1 β2ππ ) π 1010=2π π3 π ππππ= π ππππππππππππππππ π 1212= π 1212π11π22π11π22 π 1212=π π ( 1 1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) (β1 π2) (β (1 β 2π π )) (β 1 π2) π 1212=π π5(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 1221= π 1221π11π22π22π11 π 1221= βπ π( 1 1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) (β1 π2) (β 1 π2) (β (1 β 2π π )) π 1221= βπ π5(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ
194 π 1313= π 0101π11π33π11π33 π 1313=π π 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) (β 1 π2 π ππ2π) (β (1 β 2π π )) (β 1 π2 π ππ2π) π 1313= π π5 π ππ2π(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 1331= π 1331π11π33π33π11 π 1331= βπ π 1 (1 β2ππ ) (β (1 β2π π )) (β 1 π2 π ππ2π) (β 1 π2 π ππ2π) (β (1 β 2π π )) π 1331= β π π5 π ππ2π(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 2002= π 2002π22π00π00π22 π 2002=π π (1 β 2π π ) (β 1 π2) 1 (1 β2ππ ) 1 (1 β2ππ ) (β1 π2) π 2002= π π5( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 2020= π 2020π22π00π22π00 π 2020= βπ π(1 β 2π π ) (β 1 π2) 1 (1 β2ππ ) (β1 π2) 1 (1 β2ππ ) π 2020= βπ π5( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 2112= π 2112π22π11π11π22 π 2112= βπ π ( 1 1 β2ππ ) (β1 π2) (β (1 β2π π )) (β (1 β 2π π )) (β 1 π2) π 2112= βπ π5(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 2121= π 0101π22π11π22π11 π 2121=π π( 1 1 β2ππ ) (β1 π2) (β (1 β2π π )) (β 1 π2) (β (1 β 2π π )) π 2121= π π5(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 2323= π 0101π22π33π22π33 π 2323= π2π ππ2π [(1 β2π π ) β 1] (β 1 π2) (β 1 π2π ππ2π) (β 1 π2) (β 1 π2π ππ2π) π 2323= π π6π ππ2π[(1 β 2π π ) β 1] π ππππ= π ππππππππππππππππ π 2332= π 0101π22π33π22π33
195 π 2332= π2π ππ2π [1 β (1 β2π π )] (β 1 π2) (β 1 π2π ππ2π) (β 1 π2) (β 1 π2π ππ2π) π 2332= π π6π ππ2π[1 β (1 β 2π π )] π ππππ= π ππππππππππππππππ π 3003= π 0101π33π00π00π33 π 3003 =π π π ππ2π (1 β2π π ) (β 1 π2 π ππ2π) 1 (1 β2ππ ) 1 (1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) π 3003= π π5 π ππ2π( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 3030= π 0101π33π00π33π00 π 3030= βπ π π ππ 2π (1 β2π π ) (β 1 π2 π ππ2π) 1 (1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) 1 (1 β2ππ ) π 3030= β π π5 π ππ2π( 1 (1 β2ππ ) ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 3113= π 3113π33π11π11π33 π 3113= βπ π π ππ2π ( 1 1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) (β (1 β2π π )) (β (1 β 2π π )) (β 1 π2 π ππ2π) π 3113= β π π5 π ππ2π(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 3131= π 3113π33π11π33π11 π 3131=π π π ππ2π ( 1 1 β2ππ ) (β 1 π2 π ππ2π) (β (1 β2π π )) (β 1 π2 π ππ2π) (β (1 β2π π )) π 3131= π π5 π ππ2π(1 β 2π π ) π ππππ= π ππππππππππππππππ π 3223= π 3223π33π22π22π33 π 3223= π2π ππ2π [1 β (1 β2π π )] (β 1 π2π ππ2π) (β 1 π2) (β 1 π2) (β 1 π2π ππ2π) π 3223= π π6π ππ2π[1 β (1 β 2π π )] π ππππ= π ππππππππππππππππ π 3232= π 0101π33π22π22π33 π 3232= π2π ππ2π [(1 β2π π ) β 1] (β 1 π2π ππ2π) (β 1 π2) (β 1 π2) (β 1 π2π ππ2π) π 3232= π π6π ππ2π[(1 β 2π π ) β 1] Invarian Kretschmann πΎ = π πππππ ππππ
196 πΎ =4π 2 π6 + 4π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + 4π2 π6 +4π 2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 +π 2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + 4π2 π6 + π2 π6 +4π 2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 + π2 π6 +4π 2 π6 + 4π2 π6 πΎ =48π 2 π6