应力-能量张量

✍ dations ◷ 2025-08-01 01:11:05 #广义相对论所用张量,张量

应力-能量张量,也称应力-能量-动量张量、能量-应力张量、能量-动量张量、简称能动张量,在物理学中是一个张量,描述能量与动量在时空中的密度与通量(flux),其为牛顿物理中应力张量的推广。在广义相对论中,应力-能量张量为重力场的源,一如牛顿重力理论中质量是重力场源一般。应力-能量张量具有重要的应用,尤其是在爱因斯坦场方程。

应力-能量张量为一个二阶张量 T a b {\displaystyle T^{ab}} 表面之通量,等同于

第 动量之密度。

分量

代表 动量通过表面之通量。其中较特别的是:

代表一个类似压强与张应力的物理量——正向应力(normal stress),而

代表剪应力(shear stress)。

提醒:在固态物理与流体力学中,应力张量所指为应力-能量张量于共动参考系(comoving frame of reference)的空间分量。换句话说,工程学中的应力-能量张量与此处由动量对流项(momentum convective term)表示的应力-能量张量有所差异。

应力-能量张量满足连续性方程(continuity equation)

此一物理量

是对一类空切面积分,得出能量-动量矢量。分量 T a 0 {\displaystyle T^{a0}} = 1, 2, 3)则对应到局域非重力的应力分量,其中包括了压强。此一张量为与时空移动相应的守恒诺特流(Noether current)。

上面所给的关系并不唯一决定此张量。在广义相对论中,对称形式的张量,也就是额外满足

的关系的张量成为时空曲率的源,并且是与规范变换(gauge transformation)相应的流密度(current density),在此是以坐标变换为例。若有扭率(torsion),则此张量就不再是对称的。这对应到非零自旋张量的例子。参见爱因斯坦-嘉当重力。

在广义相对论中,平直时空所用的偏导数(偏微分,partial derivative)修改为协变导数(covariant derivative)。这表示连续性方程中用张量表示的能量和动量不是绝对地守恒。在牛顿重力的经典极限,这一点有一个简单的解释:与引力势能互相交换的能量,它没有包含在能动张量中,而动量是通过场传递到其他物体。然而在广义相对论中,无法定义对应“重力场”能量密度与动量密度的物理量;任何意图要定义这些密度的膺张量(pseudo-tensor)均可以透过一个坐标转换使它们局域地消失为零。一般情况下,对于应力─能量张量只是部分的"协变守恒",我们必须感到心满意足。

在弯曲时空中,一般而言类空积分依赖于类空截面。事实上在一般的弯曲时空中是无法定义一个全局的能量─动量张量(原文误为'vector')。


在广义相对论中,应力-能量张量主要出现在爱因斯坦场方程的研究题材中,方程常写为:

其中 R α β {\displaystyle R_{\alpha \beta }} 的无相互作用粒子的应力-能量张量为:

其中δ是狄拉克δ函数, v α {\displaystyle v^{\alpha }\!} 是速度矢量:

对于处于热平衡状态下的流体,应力-能量张量具有一个特别简单的形式:

其中 ρ {\displaystyle \rho } 是质量-能量密度(牛顿每立方米), p {\displaystyle p} 是流体静压力(牛顿每平方米), u α {\displaystyle u^{\alpha }} 是流体的四维速度, g α β {\displaystyle g^{\alpha \beta }} 是度量张量的逆。

四维速度满足:

在随流体一起移动的惯性参考系中,四维速度为:

度量张量的倒数为:

应力-能量张量是一个对角矩阵:

一个无源电磁场的应力-能量张量为:

其中 F μ ν {\displaystyle F_{\mu \nu }} 是电磁张量。

满足克莱因-戈尔登方程的标量场 ϕ {\displaystyle \phi } 的应力-能量张量为:

存在有一些互不相等的应力-能量张量。

其为与时空平移相关的诺特流。

应力-能量张量在广义相对论中仅能以动态度规来定义。其定义成一个泛函导数(functional derivative)

其中Smatter是作用量的非重力部分,为对称的且有规范不变性。

赝张量的例子有爱因斯坦赝张量与蓝道-里夫须兹赝张量(Landau-Lifschitz pseudotensor)。

相关

  • 巫觋宗教巫.mw-parser-output ruby.zy{text-align:justify;text-justify:none}.mw-parser-output ruby.zy>rp{user-select:none}.mw-parser-output ruby.zy>rt{font-feature-setting
  • 城市地理学城市地理学是研究在不同地理环境下,城市形成、发展、组合分布和空间结构变化规律的学科,既是人文地理学中聚落地理学的重要分支,又是城市科学群的重要组成部分。一般来讲,城市地
  • 1448年约前1445年,古埃及法老图特摩斯三世打败了米坦尼国王,夺占米坦尼王国位于幼发拉底河西岸的土地。
  • 门牙门齿(Incisor)是异齿型哺乳类动物的第一类牙齿。不少草食性和杂食性的哺乳类,诸如人类和马匹,均需以门齿来切断食物。而肉食性动物,诸如猫科和犬科动物,它们的门齿较少,会以犬齿和
  • 希腊宗教希腊宗教(2017)希腊主要宗教为希腊正教会,占希腊总人口的90%。正教会被希腊宪法确认为希腊的“盛行的宗教” 。其他宗教教派包括伊斯兰教(2%人口),天主教(<1%的人口),新教福音派,希腊多神
  • 感温油墨感温变色材料,印刷界常以变色油墨、感温油墨称之。感温变色材料是指当物质材料受热或冷却使温度达到某一特定的区间,材料的颜色会变成透明状,恢复到最初温度后,颜色将会恢复的智
  • 埃利级巡防舰极速:30节(56千米每小时;35英里每小时)埃利级巡防舰(英语:Elli-class frigate,希腊语:φρεγάτες τύπου Έλλη)为希腊海军的巡防舰舰级,前身为荷兰皇家海军的寇腾纳尔级
  • 卢卡斯·帕帕季莫斯卢卡斯·帕帕季莫斯(希腊语:Λουκάς Παπαδήμος,1947年10月11日-),曾任欧洲央行副行长,于2011年11月10日被任命为第181任希腊总理。他于1970年在麻省理工学院取得物理
  • 黄谦 (清朝)黄谦,字思逊,号柏山主人,晋江人。著有《汇音妙悟》。黄谦出身书香门第,叔父黄大振,是乾隆岁贡,乾隆、嘉庆期间任陕西兴安府学。黄谦虽未登第,对于声韵学有所研究,尤其对泉州音之用功
  • 沙坪坝区文物保护单位重庆市沙坪坝区共公布?批文物保护单位,分别列表如下。