Lexikon der Mathematik: Kruskal-Diagramm
Veranschaulichung einer Raum-Zeit in Kruskal-Koordinaten. Kruskal-Koordinaten sind dadurch definiert, daß die lichtartigen Geodäten stets einen Winkel von 45° zur Zeitachse bilden.
Eine zweidimensionale Raum-Zeit ist stets konform eben, d. h., bis auf einen Konformfaktor e2α ist ihre Metrik gleich der Metrik ds2 = dτ2 − dx2 der (1 + 1)-dimensionalen Minkowskischen Raum-Zeit. Die lichtartigen Geodäten haben hier die Gestalt x =±τ + x0, d. h., in der graphischen Veranschaulichung in der (τ, x)-Ebene sind das genau die Geraden, die mit der τ-Achse einen Winkel von 45° bilden. Da der Konformfaktor die lichtartigen Geodäten nicht ändert, gilt dies also auch für die ursprüngliche Metrik
Eine Anwendung: Die kugelsymmetrische Vakuumlösung der Einsteinschen Gleichung, also die ein Schwarzes Loch beschreibende Schwarzschild-Lösung, lautet in Kruskal-Koordinaten
Für dieselbe Lösung in Schwarzschild-Koordinaten und ihre Interpretation vergleiche man das Stichwort Einstein-Hilbert-Wirkung.
Die Beziehung zu den Schwarzschild-Koordinaten t und r ergibt sich durch die Gleichungen
Man sieht: Die Linie r = 2m, also der Horizont des Schwarzen Lochs, wird durch |x| = |τ | beschrieben, also Geraden, die mit der τ-Achse einen Winkel von 45° bilden, somit lichtartig sind. Die Singularität r = 0 wird im Kruskal-Diagramm durch die Gleichung τ2 = x2 + 1 beschrieben und stellt eine Hyperbel dar.
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