ちょうりょう

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重定しげさだこう张量

ちょうりょう英語えいごTensorざい数学すうがくちゅういち代数だいすう对象,描述りょうあずかこうりょうそら间相关的代数だいすう对象しゅう间的多重たじゅう线性うつ。张量以作为不同ふどうてき对象间的うつれいむかいりょう标量,甚至其他张量。张量ゆう很多种类がた包括ほうかつ标量むこうりょう对偶むこうりょうむかいりょうそらこれ间的多重たじゅう线性うつ,甚至还有いち些运さんれいてん。张量てきてい独立どくりつ于任なにもとつきかん它们通常つうじょうよしあずか特定とくていすわ标系しょう关的もとちゅうてき分量ぶんりょうらい表示ひょうじ;这些分量ぶんりょう形成けいせいいちかず以将其视为高维のり維空あいだじょうてきかいはりりょうゆう分量ぶんりょう也稱ため該張量的りょうてきあずかのり阵的秩和阶均无关けい)。

ざいどうてき义下,だいれいかいちょうりょうため純量じゅんりょうだいいちかいちょうりょうためむかいりょうだいかいちょうりょうのりなりためのりじんれい如,对于3维空间,时的张量为此むこうりょうちょうりょう仅仅よし一定数量的分量組成的数组,ざいすわしるべ變換へんかんときちょう量的りょうてき分量ぶんりょう也依あきらぼう規則きそくさくせんせい變換へんかんよし變換へんかん方式ほうしきてき不同ふどうちょうりょうぶんなりきょうへんはりりょう」(指標しひょうざいしたしゃ)、「ぎゃくへんはりりょう」(指標しひょうざいうえしゃ)、「混合こんごうはりりょう」(指標しひょうざいうえ指標しひょうざいした兩者りょうしゃみやこゆうさんるいちょう量的りょうてき抽象ちゅうしょう理論りろんせんせい代數だいすうぶんささえ現在げんざいさけべ多重たじゅうせんせい代數だいすう

ちょうりょうざい物理ぶつり工程こうていがくちゅう重要じゅうようれい如在扩散张量なりぞうなかおもて达器かん对于すいてきざいかく方向ほうこうてき微分びぶんとおるせいてき张量以用らい产生だいてき扫描图。工程こうていじょうてきれいゆう应力张量应变张量,它们阶张りょう,对于一般线性材料他们之间的关系由一个四阶弹性张量らい决定。

张量ざい物理ぶつりがくちゅう提供ていきょうりょう一个简明的数学框架用来描述和解决力学(应力、弹性、流体りゅうたい力学りきがく惯性のりひとし)、电动力学りきがく(电磁张量、むぎかつ斯韦张量、かい电常すう磁化じかりつひとし)、广义しょう对论(应力-のうりょう张量、きょくりつ张量ひとし物理ぶつり问题。ざい应用ちゅう数学すうがく通常つうじょうかい研究けんきゅうざい物体ぶったいてき同点どうてん间的张量变化。れい如,一个物体内的应力可能因位置不同而改变。这就引出りょう张量场てき概念がいねんざいぼう些领いき,张量场十分普遍以至于它们通常被简称为“张量”。

歷史れきし背景はいけい[编辑]

“张量”いち最初さいしょゆかりかど·罗恩·哈密顿ざい1846ねん引入,ただし这个词用于指だい现在しょうてき对象。该词てき现代义是沃尔とく马尔·ぶくかくとくざい1899ねん开始使用しようてき

这个概念がいねんゆかりかくかみなりほこさとおく·さと-库尔ともえ斯托罗ざい1890ねんざい绝对微分びぶん几何てき标题发展出来できずい1900ねんれつ维-维塔てき经典文章ぶんしょう绝对微分びぶん》(だい利文としふみずいきさき出版しゅっぱんりょう其他译本)てき出版しゅっぱん而为许多数学すうがくしょずい1915ねん左右さゆう爱因斯坦てき广义しょう对论てき引入,张量ほろ积分获得りょうさら广泛てきうけたまわ认。广义しょう对论完全かんぜんよし张量语言ひょうじゅつ,爱因斯坦从列维-维塔本人ほんにんさとがくりょう很多张量语言(其实Marcel Grossman,爱因斯坦ざい苏黎联邦理工りこう学院がくいんてき同学どうがくいち个几なんがく,也是爱因斯坦ざい张量语言方面ほうめんてきりょう益友えきゆう - 参看さんかんAbraham Paisしょちょ上帝じょうてい微妙びみょうてき(Subtle is the Lord)》),并学とく很艰ただし张量也用于其它领いきれい连续力学りきがくたとえ应变张量参看さんかん线性弹性)。

注意ちゅうい“张量”いち词经常用じょうようさく张量场てき简写,而张りょう场是对ながれがたまとごと一点给定一个张量值。ようさらこのみてき理解りかい张量场,必须くびさき理解りかい张量てき基本きほん思想しそう

てい[编辑]

いち(p,q)かたてき张量 T てい义为一個多重線性映射(英語えいごmultilinear map[1]

其中 V これむかいりょうそらV 对偶そら

方法ほうほうてき选择[编辑]

ゆう两种てい义张量的りょうてき方法ほうほう

  • 通常つうじょうてい义张量的りょうてき物理ぶつりがくある傳統でんとう數學すうがく方法ほうほうこれちょうりょうなりいち維數ぐみとう變換へんかん座標ざひょうある變換へんかん基底きてい,其分りょうかい按照一定いってい变换てき規則きそく,這些規則きそくゆうりょうたねそく协变あるぎゃく轉換てんかん
  • 通常つうじょう現代げんだい数学すうがくちゅうてき方法ほうほうこれちょう量定りょうてい義成よしなりぼうむこうりょう空間くうかんある對偶たいぐう空間くうかんじょうてき多重たじゅうせんせいうつ,這むかいりょうそらざい需要じゅよう引入基底きていぜん固定こていにんなにすわ标系统。れい如协变向りょう以描じゅつ1-形式けいしきあるものさく为逆变向量的りょうてき对偶そらてき元素げんそ

ただし物理ぶつりがく工程こうてい师是くびさき识别出向しゅっこうりょう张量さく为实たい具有ぐゆう物理ぶつりじょうてき义的,它超こしりょう它们てき分量ぶんりょうしょひょうじゅつてき(经常任意にんいてきすわ标系。どう样,数学すうがく发现ゆう一些张量关系在坐标表示中更容易推导。

れい[编辑]

张量以表じゅつ为一个值てき序列じょれつよう一个向量值的定义域和一个标量值的值域的函数表示。这些てい义域ちゅうてきむこうりょう自然しぜんすうてきむこうりょう,而这些数字すうじしょうゆびれい如,いち3阶张りょう尺寸しゃくすん为2x5x7。这里,ゆび标的范围从<1,1,1>いた<2,5,7>。张量以在ゆび标为<1,1,1>ゆういち个值,ざいゆび标为<1,1,2>ゆう另一个值,とうとういちども70个值。 (类似てきむこうりょう表示ひょうじ为一个值てき序列じょれつよう一个标量值的定义域和一个标量值的值域的函数表示,てい义域ちゅうてき数字すうじ自然しぜんすうしょう为指标,不同ふどうてきゆび标的个数ゆう时称为向量的りょうてき维度。)

いち个张りょうざいおう几里とくそらなかてきごと一点都给定一个张量值。这样ぞう上面うわつらてきれい子中こなか简单てきゆう70个值,对于いち个3阶张りょう,维度为<2,5,7>,そら间中てきごといち个点ゆう70个值它相关。换句话说,张量场表示ひょうじぼう个张りょう值的函数かんすう,其定义域为欧几里とくそら间。所有しょゆうてき函数かんすうあるきさら关于这些要求ようきゅうてき细节参看さんかん张量场

所有しょゆう自然しぜんちゅうてき关系线性てきただし很多ほろてきいん而可以局てきよう线性うつらい局部きょくぶてき逼近。这样多数たすう物理ぶつりがくちゅうてきりょう以用张量表示ひょうじ

さく为一个简单的例子,こう虑水ちゅうてきせんわが们要描述它对受力てきはん应。ちからいち个向りょう,而船てきはん应是いち个加速度そくど,它也いち个向りょう通常つうじょう加速度かそくど受力てき方向ほうこうしょうどういん船体せんたいてき特定とくてい形状けいじょうただし,这个りょく加速かそく间的关系实际じょう线性てき。这样一个关系可以用一个(1,1)类型(也就说,它把一个向量变成另一个向量)てき张量表示ひょうじ。这个张量以用のり表示ひょうじとう它乘以一个向量时就得到另一个作为结果。すわ标系あらため变的时候,表示ひょうじ一个向量的数字会改变,どう样,表示ひょうじ这个张量てきのり阵中てき数字すうじ也会あらため变。

工程こうていじょう刚体ある流体りゅうたい内的ないてき应力也用いち个张りょう表示ひょうじ;"张量"一词的拉丁语就表示引起张力的某种拉伸。如果材料ざいりょう内的ないてき一个特定的表面元素被选出来,ざい表面ひょうめん一侧的材料会对另一侧的施加一个力。通常つうじょう,该力不和ふわ表面ひょうめんせい交,ただし它将线性てき赖于表面ひょうめんてきあさむこう。这可以精确用(2,0)类型てき张量せい确的描述,あるものさらせい确地说,よういち个类がた为(2,0)てき张量らい表示ひょうじいん为张りょう可能かのうざいまいいち不同ふどう

另外一些著名的几何中张量的例子有がた,以及きょくりつ张量物理ぶつり张量てきれいゆうのう动张りょう惯量极化张量

几何物理ぶつりてきりょう以通过考虑它们的ひょうじゅつ内在ないざいてき自由じゆうぶん类。标量些可以用いち个数表示ひょうじてき --- はやりつ质量温度おんどとうとうゆう一些向量类型的量,れいちから,它需要じゅよう一个数字的列表来表述。さいきさきぞう二次型这样的量需要用多维数组来表示。きさきめん这些りょうただのう视为张量。

实际じょう,张量てき概念がいねん相当そうとう广泛,以用于上めん所有しょゆうてきれい;标量むこうりょう张量てき特殊とくしゅじょう况。别标りょうむこうりょう以及别这两者さら一般的张量的特征是表示它们的数组的指标的个数。这个个数しょう为张量的りょうてき。这样,标量0阶张りょう需要じゅようにんなんゆび标),而向りょういち阶张りょう

张量てき另外いち个例广义しょう对论なかてきはじむ曼曲りつ张量,它是维度为<4,4,4,4>(3个空间维 +时间维度 = 4个维てき4阶张りょう。它可以当さく256个分りょう(256 = 4×4×4×4)てきのり阵(あるものこうりょう,其实个4维数组)。ただゆう20个分りょう互相独立どくりつてき,这个ごと实可以大だい简化它的实际ひょう达。

方法ほうほう细节[编辑]

ゆう几种そうぞう操作そうさ张量てきとう方法ほうほうただゆうじゅく悉这个课题,才能さいのう了解りょうかい内容ないようとう价的。

经典てき方法ほうほう张量视为かず,它们标量,1维向りょう2维のりてきn维推广。张量てき"分量ぶんりょう"すう组中てき值。这个思想しそう以进いち推广到张量场さと张量てき元素げんそ函数かんすう,甚至微分びぶん
张量场理论在这个方法ほうほう中大ちゅうだい致可以视为みやびのりてき思想しそうてき推广。
现代(无分りょう方法ほうほう张量くびさき视为抽象ちゅうしょう对象,おもて达了线性概念的がいねんてきぼう种确てい类型。其著めいてきせい质可以从其定义导さく为线せいうつあるものさら一般いっぱんてきじょう况;而操作そうさ张量てき规则さく为从线性代数だいすういた多重たじゅう线性代数だいすうてき推广现。这个处理方法ほうほうざい高等こうとうてき研究けんきゅうちゅう大量たいりょうてきだいりょうもと于分量的りょうてき方法ほうほう,其方しきさら现代てき无分りょうむこうりょう方法ほうほうざいもと于分量的りょうてき方法ほうほうよう于给出向しゅっこうりょう概念的がいねんてき基本きほん引例いんれいきさき就取だい传统てきもと于分量的りょうてき方法ほうほう以说,くちごう就是“张量ぼう个张りょうそら间的元素げんそ”。

さい终,どう样的计算内容ないようひょう出来でき,两种方式ほうしき以。わざ术性术语れつひょう参看さんかん张量论词汇

张量密度みつど[编辑]

张量场也可ゆういち个“密度みつど”。密度みつどrてき张量普通ふつう张量一样坐标变换,ただし它还ようじょうみやびのりてき行列ぎょうれつしき值的だいr幂。这个てきさいけいかい可能かのう使用しようむかいりょう:其中,きりてき行列ぎょうれつしき丛是いち线丛以用らい'扭转'其它丛rつぎ

ちょうりょう[编辑]

等級とうきゅう 別名べつめい 記號きごう 一般いっぱん变換 张量密度みつど变换方式ほうしき*
0 しるべりょう S S'=S S'=|a|S
1 むかいりょう Vi V'i=aijVj V'i=|a|aijVj
2 きょう变)のり Mij M'ij=aikajlMkl M'ij=|a|aikajlMkl
3 きょう变)3阶張りょう Tijk T'ijk=ailajsakmTlsm T'ijk=|a|ailajsakmTlsm

其中,aijすわ标变换的みやびのり阵。这里所有しょゆうてき分量ぶんりょう假定かてい为共变,はん变的张量变换要用ようようaてきぎゃくのり阵。注意ちゅうい这里よう爱因斯坦记号

* |a|aijてき行列ぎょうれつしき

まいり[编辑]

记法つね[编辑]

もと[编辑]

应用[编辑]

参考さんこう资料[编辑]

  1. ^ Lee, J.M. Riemannian Manifolds. Springer. 1997: 12. ISBN 0387983228. 

參考さんこう書籍しょせき[编辑]

  • Tensors, Differential Forms, and Variational Principles (1989) David Lovelock, Hanno Rund
  • Tensor Analysis on Manifolds (1981) Richard L Bishop, Samuel I. Goldberg
  • Introduction to Tensor Calculus, Relativity and Cosmology (2003) D. F. Lawden
  • Tensor Analysis (2003) L.P. Lebedev, Michael J. Cloud
  • Calculus of Variations (2000) S. V. Fomin, I. M. Gelfand

外部がいぶ链接[编辑]

张量软件[编辑]