Helical symmetry and the non-existence of asymptotically flat periodic solutions in general relativity

Abstract

1 Title Helical symmetry and the non-existence of asymptotically flat periodic solutions in general relativity Author Martin Scholtz Department Institute of theoretical physics Faculty of Mathematics and Physics Charles University in Prague Supervisor Prof. RNDr. Jiří Bičák, DrSc., dr. h.c. Abstract. No exact helically symmetric solution in general relativity is known today. There are reasons, however, to expect that such solutions, if they exist, cannot be asymptotically flat. In the thesis presented we investigate a more general question whether there exist periodic asymptotically flat solutions of Einstein's equations. We follow the work of Gibbons and Stewart [3] who have shown that there are no periodic vacuum asymptotically flat solutions an- alytic near null infinity I. We discuss necessary corrections of Gibbons and Stewart proof and generalize their results for the system of Einstein-Maxwell, Einstein-Klein-Gordon and Einstein-conformal-scalar field equations. Thus, we show that there are no asymptotically flat periodic space-times analytic near I if as the source of gravity we take electromagnetic, Klein-Gordon or conformally invariant scalar field. The auxilliary results consist of corresponding confor- mal field equations, the Bondi mass and the Bondi massloss formula for scalar fields. We also...

1 Název práce Helikální symetrie a neexistence asymptoticky plochých periodických řešení v obecné teorii relativity Autor Martin Scholtz Katedra Ústav teoretické fyziky Matematicko-fyzikální fakulta Univerzita Karlova v Praze Vedoucí dizertační práce Prof. RNDr. Jiří Bičák, DrSc., dr. h.c. Abstrakt. V současnosti není známé žádné přesné helikálně symetrické řešení v obecné teorii relativity. Jsou však důvody očekávat, že tato řešení, existují-li, nemohou být asymptoticky plochá. V předkládané dizertační práci vyšetřujeme obecnější otázku, zda existují periodická asymptoticky plochá ře- šení Einsteinových rovnic. Navazujeme na práci Gibbonse a Stewarta [3], kteří ukázali, že neexistují vakuová periodická asymptoticky plochá řešení analy- tická v okolí světlupodobného nekonečna I. Diskutujeme nutné korekce Gi- bbonsova a Stewartova důkazu a zobecňujeme jejich výsledek pro soustavu Einsteinových-Maxwellových rovnic, rovnic Einsteinových-Klein-Gordonových a Einsteinových-konformně-skalárních. Ukazujeme tedy, že neexistují asympto- ticky ploché periodické prostoročasy analytické v okolí I, kde zdrojem gravi- tace je elektromagnetické, Kleinovo-Gordonovo nebo konformní skalární pole. Pro potřeby důkazu odvozujeme přislušné konformní polní rovnice, vztah pro Bondiho hmotnost skalárních polí, diskutujeme problém...