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801川普開金口,必有伏筆;要言引力場方程 廣相論42
送交者: 和顏清心 2019年08月07日13:49:10 於 [教育學術] 發送悄悄話



29分




image.png


 


《引力場方程》



親愛的朋友,

 

今天我們要對引力場方程作個總結:

 

引力場方程描述了時空的幾何性質。

 

這是一個張量方程。

 

引力場方程的性質是屬於‘非線性偏微分方程’。

 

場方程的“張量”,都有2個希臘字母來作下標,


 

如,Guv (愛因斯坦張量) 等。


 

這種帶2個字母下標的張量,叫“二階張量”。

 

 

μ  近似音讀  /mju:/, ‘繆斯’的‘繆’;

 

ν  近似音讀  妞  /nju/ 。‘妞’當女孩講。

 

在古代,繆斯是主管藝術和科學的九位女神的總稱。

 

G,也是Grace (優美)的第1個字母,


我們可以用‘Grace科學女神’來幫助記憶。



image.png



如上述,作為引力場符號的G μν ,學名叫

 

‘愛因斯坦張量’。引力Gravitation ,頭一個字母,是G。



 image.png



愛因斯坦張量 G μ ν是個大概念。

 

大概念下又有 7 個小概念:


 

1小概念:

 

“曲率張量” R (μ ν)  

 

“曲率張量”用來描述彎曲空間的曲率。

 

在微分幾何中,它的學名叫“黎曼張量”

 

或叫“里奇張量”。

 

【曲率,即,彎曲程度。就是說,

 

   彎曲空間偏離 平直空間 的程度,用曲率表示。】


 

“黎曼(里奇)張量”是說,

 

在某種邏輯推演中,

 

空間曲率的數學描述是可以得到簡化或‘縮並’的。




image.png 意大利數學家裡奇(1853~1925)


 

註:縮並是一種有關簡化的運算。

 

縮並,可以在某種邏輯推演中,將一種複雜的張量,

 

經過推演而等價於一種較為簡單的張量。


 

2小概念:

 

 “ 里奇標量R) ”:


“ 里奇標量R) ”代表純量曲率,


它是從“里奇張量簡化形成的;


所謂標量(即數量)是不涉及方向的量。


“里奇標量  “R”也是一種曲率,

 

只不過這種空間曲率,


是在特殊條件下的空間曲率      



3小概念:


度量張量  ” :


度量張量  ”,也叫度規張量

 

是用來衡量4維空間的距離和角度的。

 

引力場方程中,

 

度量張量里奇標量 乘積的二分之一


1/2 R  


自然也是一種張量,

 

這個張量同樣也可看作是


彎曲空間曲率的數學描述。



4個小概念:

 

“能量-動量-應力張量


能量-張量-應力,也稱 ‘能、動張量’,等。

 

“能-動-應力張量  ”

 

代表空間的能量密度動量密度等。

 

這個張量也是二階的。


 

5個小概念:



G(Gravitational constant)是“引力常數



 

6個小概念:



C是真空中的光速



7個小概念


π是圓周率,是基本的幾何常數之一。



 

好了,寫到這兒里,

 

我們是否可以對場方程有些印象了。

綜上所述,愛因斯坦場方程,

 

表述的是“空間彎曲”的情況。

 

數學上的空間彎曲,從何而來?

 

就是從‘愛因斯坦場方程’推演而來的。


註:空間彎曲,

 

已經得到天文觀測的驗證。

 


再釋愛因斯坦引力場方程

 

愛因斯坦場方程,是廣義相對論的核心,


它使用數學語言精確地描述了


物質的性質時空的聯繫。


場方程使用了黎曼幾何中的概念和方法。


在黎曼幾何中,


空間(或時空)的幾何性質


被一個叫做'度規張量'  

                      概念所描述。


眾所周知,簡單的坐標


不能提供足夠的信息,


來描述球面或更複雜空間的幾何性質。


這些信息,只能由“度量張量”等來描述。


“度量張量”是定義在曲面空間中所有點的函數。


所有與幾何相關的量,


比如曲線的長度、兩條曲線相交的


角度等,都能通過“度量張量”計算出來。


我們知道,時空、物質等都是互相聯繫的。


愛因斯坦通過用一些較小概念(曲率張量等),


來推演另一個較大概念  G μν


以這種方法來表示這些聯繫。


引力場方程可以簡化成,如下形式:



最簡場方程.jpg



愛因斯坦場方程的意義



這個方程


一邊是幾何量;一邊是物理量


即,


左邊是描寫時空性質的幾何量;


右邊是描寫物理性質的物理量。


就是說,愛因斯坦引力場方程

 

是用等號連結了‘空間結構’

 

和‘空間中物質、能量的分布

 

或者說,彎曲時空

 

等於空間中的物質、能量的分布


這個方程,


可以對時空和物質


是如何相互影響的在數學領域有了了解。



場方程茶杯.jpg




image.png



 有關‘應力分量’的正負值問題》


應力分量是能確定物體中

 

某一點應力狀態的3個相互垂直面上的

 

正應力和剪應力,共9個應力量。

為了計算應力分量,

首先要確定該應力

所在‘截面的(坐標軸的)方向’,

然後再確定‘應力作用的方向’。

具體的說,是要找出:

‘應力分量’的法向法向即法線的方向

習慣上,我們取三個正交截面的應力向量

(即x軸、y軸或z軸),

分別為三個截面各自的法向。

就是說,

為規定應力分量的正負號,

首先假設:法向

與坐標軸正向一致的面為正面;

與坐 標軸負向一致的面為負面。

進而規定:

正面上指向坐標軸正向的應力為正,反之為負;

負面上指向坐標軸負向的應力為正,反之為負。

三個正面上共有九個應力分量

(包括三個正應力和六個切應力)



image.png



標準空間直角坐標系里,


分別將X軸、Y軸或Z軸箭頭所指方向,稱為正向;


反之則是負向。 

 


image.png

model of a perfect communion,

help us to receive jesus worthily

 

完美的聖餐儀式,幫助我們接受耶穌的信仰。謝謝。

 






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