原始描述为是引力真空场方程的球对称解必静态。最早由
伯克霍夫(Birkhoff)提出。如果球对称的引力源不是静止而是在径向运动,且在运动过程中保持球对称性,此时伯克霍夫定理表明,它的外引力场仍可以用
史瓦西解描述。
静态球对称线元如果取消静态条件线元表达式就会十分复杂,例如交叉项 非零,但可以通过适当的坐标变换把线元的形式变成和静态的区别在于 和 前面的待定函数要从一元函数变为二元函数。通过不算太复杂的计算仍然得到史瓦西解。下面来作简单证明。
应该要由真空场方程 解出.
其中 和 表示 和 对 的
微商或者说
导数,是
牛顿的点记号.相应算出里契张量的分量 和 不变,但 和 添加了附加的项:
它说明 仍然是 的函数. 时代回 和 式, 和 中的附加项全部消失,从而场方程回复到
的后果.
之后,就回到了史瓦西解,也就回到了定理内容所描述的引力真空场方程的球对称解必静态。即伯克霍夫定理得证.
定理的推导并不复杂,在相对论的基础上所建立的许多成果都十分简洁。伯克霍夫定理是个强有力的定理,他断定非静态物质分布只要保持球对称性,即使是急剧收缩,膨胀,径向震荡甚至爆炸,外部时空就仍由
史瓦西度规来描述,这为研究星体演化提供了很大方便。
它的意义在于指明了史瓦西解描述的是一个球对称的外引力场,但是这个引力源不用必须静止.这就说明如果我们观测的一个史瓦西引力场,我们便无法判断它的源是一个稳定的恒星,还是一个收缩的、膨胀的或者振荡的恒星。
作为定理的推广,有如下结论:一个球对称质量分布在其中心的球形空腔中不产生引力场。这一结论在牛顿的引力理论中是显然成立的:利用函数的唯一性定理可以证明,一个均匀的球壳在其内部所产生的势是常数。