시공간에서 에너지 운동량 밀도를 기술하는 텐서
응력-에너지 텐서의 반변 성분. 응력-에너지 텐서 (stress-energy-momentum tensor ) 또는 에너지-운동량 텐서(energy-momentum tensor )는 시공간 에서 에너지 와 운동량 의 밀도 와 플럭스 를 설명하는 텐서 물리량 으로 뉴턴 물리학 의 응력 텐서 를 일반화합니다. 이것은 물질 , 방사선 및 비중력장 의 속성입니다. 뉴턴 중력 에서 질량 밀도가 그러한 장의 근원이 되는 것처럼, 이 밀도와 에너지와 운동량의 플럭스는 일반 상대성 이론의 아인슈타인 장 방정식 에서 중력장 의 근원이 됩니다.
정의. 스트레스-에너지 텐서는 위첨자 변수의 사용을 포함합니다(지수가 아니라 텐서 인덱스 표기법 및 아인슈타인 합산 표기법 참조). 자연 단위 의 직각좌표 를 사용하는 경우 위치 4 vector x의 성분은 다음 과 같습니다. (x , x, x, x ) = (t , x , y, z) 여기 서 t는 초 단위의 시간 이고 x, y, z 는 미터 단위의 거리입니다.
응력-에너지 텐서는 일정한 x β 좌표 를 갖는 표면을 가로질러 운동량 벡터 의 α번째 성분의 플럭스 를 제공하는 2차 텐서 T 로αβ 정의됩니다. 상대성 이론에서 이 운동량 벡터는 4운동량 으로 간주됩니다. 일반 상대성 이론에서 응력-에너지 텐서는 대칭이고,[1]
T α β = T β α . {\displaystyle T^{\alpha \beta }=T^{\beta \alpha } 아인슈타인-카르탄 이론 과 같은 다른 이론에서는 기하학적으로 0이 아닌 비틀림 텐서 에 해당하는 0이 아닌 스핀 텐서 때문에 응력-에너지 텐서가 완벽하게 대칭되지 않을 수 있습니다.
구성 요소들 응력-에너지 텐서는 차수가 2이기 때문에, 그 성분들은 4×4 행렬 형태로 표시될 수 있습니다.
T μ ν = ( T 00 T 01 T 02 T 03 T 10 T 11 T 12 T 13 T 20 T 21 T 22 T 23 T 30 T 31 T 32 T 33 ) , {\displaystyle T^{\mu \n u }={\begin{pmatrix} T^{00}& T^{01}& T^{02}& T^{03}\\ T^{10}&T^{11}&T^{12}&T^{13}\\ T^{20}& T^{21}& T^{22}& T^{23}\\ T^{30}&T^{31}&T^{32}& T^{33}\end{pmatrix}}\,,} 여기서 지수 μ 와 ν는 0, 1, 2, 3의 값을 갖습니다.
다음 에서 k 및 ℓ의 범위는 1 ~ 3입니다.
시간-시간 성분은 상대론적 질량의 밀도, 즉 에너지 밀도 를 빛의 속도 제곱으로 나눈 값이며, 동시에 움직이는 기준틀 에 있습니다.[2] 직접적인 물리적 해석이 있습니다. 완벽한 유체의 경우 이 구성 요소는 T 00 = ρ , {\displaystyle T^{00}=\rho ~,} 여기서 ρ {\displaystyle \ rho}는 단위 부피당 상대론적 질량이며, 그렇지 않으면 빈 공간의 전자기장에 대해 이 성분은
T 00 = 1 c 2 ( 1 2 ϵ 0 E 2 + 1 2 μ 0 B 2 ) , {\displaystyle T^{00}={1 \over c^{2}}\left({\frac {1}{2}}\epsilon _{0}E^{2}+{\frac {1}{2\mu _{0}}}B^{2}\right),} 여기서 E 와 B 는 각각 전기장과 자기장입니다.[3] x면 을k 가로지르는 상대론적 질량의 플럭스는 선운동량의 k번째 성분의 밀도와 같으며, T 0 k = T k 0 . {\displaystyle T^{0k}= T^{k0}~.} 구성요소는 T k ℓ {\displaystyle T^{k\ell } xℓ 표면을 가로지르는 선형 운동량의 k번째 성분의 플럭스를 나타냅니다. 특히. T k k {\displaystyle T^{kk}} ( 합산되지 않음)은 k번째 좌표 방향(k = 1, 2, 3)의 정상 응력 을 나타내며, 이를 모든 방향에서 동일할 때 "압력 "이라고 합니다. 나머지 구성품 T k ℓ k ≠ ℓ {\displaystyle T^{k\ell}\quad k\n 등식 \ell } 전단 응력 (응력 텐서 와 compare)을 나타냅니다. 고체 물리학 및 유체 역학 에서 응력 텐서는 적절한 기준 프레임 에서 응력-에너지 텐서의 공간 성분으로 정의됩니다. 즉, 공학 에서 응력-에너지 텐서는 상대론적 응력-에너지 텐서와 운동량-대류 항이 다릅니다 .
공변형과 혼합형 이 기사의 대부분은 응력-에너지 텐서의 반변형 형태 인μν T와 함께 작동합니다. 그러나 공변량 형태로 작업해야 하는 경우가 많습니다.
T μ ν = T α β g α μ g β ν , {\displaystyle T_{\mu \n u }=T^{\alpha \beta }g_{\alpha \mu}g_{\beta \n u },} 또는 혼합된 형태로,
T μ ν = T μ α g α ν , {\displaystyle T^{\mu}{}_{\n u }=T^{\mu \alpha }g_{\alpha \n u },} 또는 혼합 텐서 밀도로서
T μ ν = T μ ν − g . {\displaystyle {\mathfrak {T}^{\mu}{}_{\n u }=T^{\mu}{}_{\n u}{\sqrt {-g}}\,} 이 문서에서는 메트릭 서명에 공간 기호 규칙 (-+++)을 사용합니다.
보존법 특수상대성이론에서 응력-에너지 텐서는 시공간 변환 과 관련된 보존된 노터 전류 입니다.
비중력 응력-에너지의 발산은 0입니다. 즉, 비중력 에너지와 운동량은 보존되고,
0 = T μ ν ; ν = ∇ ν T μ ν . {\displaystyle 0=T^{\mu \n u }{}_{;\n u }=\n bla _{\n u }T^{\mu \n u }{}. \!} 중력이 무시할 수 있고 시공간에 대해 직각좌표계 를 사용할 때, 이것은 다음과 같은 편미분으로 표현될 수 있습니다.
0 = T μ ν , ν = ∂ ν T μ ν . {\displaystyle 0=T^{\mu \n u }{}_{,\n u}=\partial _{\n u }T^{\mu \n u}. \!} 비공변량 공식의 적분 형태는 다음과 같습니다.
0 = ∫ ∂ N T μ ν d 3 s ν {\displaystyle 0=\int _{\partial N}T^{\mu \n u }\mathrm {d} ^{3}s_{\n u }\!} 여기서 N 은 시공간의 임의의 콤팩트한 4차원 영역, ∂ N {\displaystyle \partial N}은 경계, 3차원 초표면 , d3s ν {\displaystyle \mathrm {d}^{3}s_{\n u }} 은 (는) 바깥쪽을 가리키는 법선으로 간주되는 경계의 요소입니다.
평평한 시공간에서 직각좌표를 사용하여 이것을 응력-에너지 텐서의 대칭과 결합하면 각운동량 도 보존된다는 것을 알 수 있습니다.
0 = ( x α T μ ν − x μ T α ν ) , ν . {\displaystyle 0=(x^{\alpha }T^{\mu \n u }-x^{\mu }T^{\alpha \n u})_{,\n u}. \!} 일반상대성이론 중력이 무시할 수 없는 경우 또는 임의의 좌표계를 사용할 때, 응력-에너지의 발산은 여전히 사라집니다. 그러나 이 경우 공변량 도함수 를 포함하는 발산의 좌표 가 없는 정의 가 사용됩니다.
0 = 디바 T = T μ ν ; ν = ∇ ν T μ ν = T μ ν , ν + Γ μ σ ν T σ ν + Γ ν σ ν T μ σ {\displaystyle 0=\operatorname {div} T=T^{\mu \n u }{}_{;\n u }=\n bla _{\n u }T^{\mu \n u }=T^{\mu \n u }{}_{,\n u }+\Gamma ^{\mu }{}_{\sigma \n u }T^{\sigma \n u }+\감마 ^{\n u }{}_{\sigma \n u }T^{\mu \sigma }} 여기서 γ μ σ ν {\displaystyle \Gamma ^{\mu}{} _{\sigma \n u }} 는 크리스토펠 기호 로 중력장 입니다.
따라서, ξ μ {\displaystyle \xi ^{\mu }가 임의의 킬링 벡터 필드라면, 킬링 벡터 필드에 의해 생성된 대칭성과 관련된 보존 법칙은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
0 = ∇ ν ( ξ μ T μ ν ) = 1 − g ∂ ν ( − g ξ μ T μ ν ) {\displaystyle 0=\n bla _{\n u }\left(\xi ^{\mu }T_{\mu }^{\n u}\right)={\frac {1}{\sqrt {-g}}\partial _{\n u }\left({\sqrt {-g}}\ \xi ^{\mu }T_{\mu }^{\n u }\right)} 이것의 필수적인 형태는
0 = ∫ ∂ N − g ξ μ T μ ν d 3 s ν = ∫ ∂ N ξ μ T μ ν d 3 s ν {\displaystyle 0=\int _{\partial N}{\sqrt {-g}}\ \xi ^{\mu}T_{\mu}^{\n u }\ \mathrm {d} ^{3}s_{\n u }=\int _{\partial N}\xi ^{\mu }{\mathfrak {T}}_{\mu }^{\n u }\ \mathrm {d} ^{3}s_{\n u }} 특수상대성이론에서 특수 상대성 이론에서 응력-에너지 텐서는 운동량 및 에너지 플럭스 밀도 외에도 주어진 시스템의 에너지 및 운동량 밀도에 대한 정보를 포함합니다.[4]
필드 ϕ α {\displaystyle \phi _{\ alpha }} 및 그 도함수의 함수인 라그랑지안 밀도 L {\displaystyle {\mathcal {L}} 이 주어졌을 때, 명시적으로 시공간 좌표가 아닌, 우리는 시스템의 일반화된 좌표 중 하나에 대한 총 도함수를 살펴봄으로써 표준 응력-에너지 텐서 를 구성할 수 있습니다. 그래서 우리 조건으로.
∂ L ∂ x ν = 0 {\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial x^{\n u }}=0} 체인 규칙을 사용함으로써 우리는
d L d x ν = d ν L = ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ x ν + ∂ L ∂ ϕ α ∂ ϕ α ∂ x ν {\displaystyle {\frac {d{\mathcal {L}}{dx^{\n} u }}=d_{\n u}{\mathcal {L}={\frac {partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}}{\frac {\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}{\partial x^{\n u }}+{\frac {\partial {\mathcal {L}}{\partial \phi _{\alpha }}{\frac {\partial \phi _{\alpha }}{\partial x^{\n u }}}} 유용한 속기로 쓰여져 있고,
d ν L = ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ ν ∂ μ ϕ α + ∂ L ∂ ϕ α ∂ ν ϕ α {\displaystyle d_{\n u }{\mathcal {L}={\frac {partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}}\partial _{\n u}\partial _{\mu }\pi _{\alpha }+{\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial \pi _{\alpha }}\partial _{\n u }\phi _{\alpha }} 그러면 오일러-라그랑주 방정식을 사용할 수 있습니다.
∂ μ ( ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ) = ∂ L ∂ ϕ α {\displaystyle \partial _{\mu }\left ({\frac {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu }\phi _{\alpha})}}\right)={\frac {\mathcal {L}}}{\partial \phi _{\alpha }}}} 그런 다음 부분 파생상품이 통근한다는 사실을 사용하여 현재 우리가
d ν L = ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ μ ∂ ν ϕ α + ∂ μ ( ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ) ∂ ν ϕ α {\displaystyle d_{\n u}{\mathcal {L}={\frac {partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}}\partial _{\mu}\partial _{\mu}\partial _{\n u}\phi _{\alpha }+\partial _{\mu }\left({\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial _{\mu }\phi _{\alpha }}}\right)\partial _{\n u }\phi _{\alpha }} 오른쪽을 제품 규칙으로 인식할 수 있습니다. 그것을 함수의 곱의 도함수로 쓰면 다음과 같은 것을 알 수 있습니다.
d ν L = ∂ μ [ ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ ν ϕ α ] {\displaystyle d_{\n u }{\mathcal {L}=\partial _{\mu }\left[{\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu }\phi _{\alpha }}}\partial _{\n u }\phi _{\alpha }\right]} 이제 평평한 공간에서 ν L = ∂ μ [δ ν μ L ] {\displaystyle d_{\n u}{\mathcal {L}=\partial _{\mu}[\delta _{\n u }^{\mu }{\mathcal {L }}}. 이렇게 하고 방정식의 다른 쪽으로 이동하면 다음과 같이 알 수 있습니다.
∂ μ [ ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ ν ϕ α ] − ∂ μ ( δ ν μ L ) = 0 {\displaystyle \partial _{\mu }\left[{\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu }\phi _{\alpha }}}\partial _{\n u}\phi _{\alpha }\right]-\partial _{\mu }\left(\delta _{\n u }^{\mu }{\mathcal {L}}\right)=0} 그리고 용어를 다시 정리하면,
∂ μ [ ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ ν ϕ α − δ ν μ L ] = 0 {\displaystyle \partial _{\mu }\left[{\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu }\phi _{\alpha }}}\partial _{\n u }\phi _{\alpha }-\delta _{\n u }^{\mu }{\mathcal {L}}\right]=0} 이는 괄호 안의 텐서의 발산이 0이라는 것을 의미합니다. 실제로 이를 통해 응력-에너지 텐서를 정의합니다.
T ν μ ≡ ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ ν ϕ α − δ ν μ L {\displaystyle T_{\n u }^{\mu }\equiv {\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}}\partial _{\n u }\phi _{\alpha }-\delta _{\n u }^{\mu }{\mathcal {L}}} 건설에 의해 그것은 다음과 같은 속성을 갖습니다.
∂ μ T ν μ = 0 {\displaystyle \partial _{\mu}T_{\n u }^{\mu }=0} 이 텐서의 발산 없는 속성은 4개의 연속 방정식 과 동일합니다. 즉, 필드에는 연속성 방정식을 따르는 수량 집합이 최소 4개 있습니다. 예를 들어, T 0 {\ displaystyle T_{0}^{0}} 는 시스템의 에너지 밀도이므로 응력-에너지 텐서에서 해밀턴 밀도를 얻을 수 있음을 알 수 있습니다.
실제로 ∂ μ T 0 μ = 0 {\displaystyle \partial _{\ mu}T_ {0}^{\mu }=0}을 관찰하면 다음과 같습니다.
∂ H ∂ t + ∇ ⋅ ( ∂ L ∂ ∇ ϕ α ϕ ˙ α ) = 0 {\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {H}}{\partial t}}+\n abla \cdot \left({\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial \n abla \phi _{\alpha }}{\dot {\phi }_{\alpha }\right)=0} 그런 다음 ∂ L ∂ ∇ ϕ α의 항이 α {\displaystyle {\frac {\partial {\mathcal {L}}}{\partial \n이라고 결론지을 수 있습니다.bla \phi _{\alpha }}{\dot {\phi }_{\alpha }} 는 시스템의 에너지 플럭스 밀도를 나타냅니다 .
추적하다 응력-에너지 텐서의 추적은 T μ {\ displaystyle T_{\mu}^{\mu}} 로 정의되므로,
T μ μ = ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ μ ϕ α − δ μ μ L . {\displaystyle T_{\mu}^{\mu }={\fac {\mpartial {L}}}{\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}}\partial _{\mu }^{\mu }^{\mu }{\mu }{\mathcal {L}}}}} δ μ = 4 {\displaystyle \delta _{\mu}^{\mu} =4}이므로,
T μ μ = ∂ L ∂ ( ∂ μ ϕ α ) ∂ μ ϕ α − 4 L . {\displaystyle T_{\mu}^{\mu }={\fac {\mpartial {L}}}{\partial (\partial _{\mu}\phi _{\alpha})}}\partial _{\mu }\phi _{\alpha}-4{\mathcal {L}}}
일반상대성이론 일반 상대성 이론에서 대칭 응력-에너지 텐서는 시공간 곡률 의 근원으로 작용하며, 일반적인 곡선 좌표 변환인 중력의 게이지 변환 과 관련된 전류 밀도입니다. (만약 비틀림이 있다면, 텐서는 더 이상 대칭이 아닙니다.) 이는 아인슈타인-카르탄 중력 이론 에서 스핀 텐서 가 0이 아닌 경우에 해당합니다.)
일반 상대성 이론에서는 특수 상대성 이론에서 사용되는 편미분 이 공변 미분 으로 대체됩니다. 이것이 의미하는 바는 연속성 방정식이 더 이상 텐서에 의해 표현되는 비중력 에너지와 운동량이 절대적으로 보존된다는 것을 의미하지 않는다는 것입니다. 즉, 중력장은 물질에 대한 작업을 할 수 있고 그 반대도 가능합니다. 뉴턴 중력 의 고전적 한계에서 이것은 운동 에너지가 텐서에 포함되지 않은 중력 위치 에너지 와 교환되고 운동량은 장을 통해 다른 물체로 전달된다는 간단한 해석을 가지고 있습니다. 일반 상대성 이론에서 란다우-리프시츠 의사 텐서는 중력장 에너지와 운동량 밀도를 정의하는 독특한 방법입니다. 이러한 응력-에너지 의사 텐서는 좌표 변환에 의해 국부적으로 사라지도록 만들 수 있습니다.
곡선 시공간에서 공간과 같은 적분 은 이제 일반적으로 공간과 같은 슬라이스에 의존합니다. 사실 일반적인 곡선 시공간에서 글로벌 에너지-운동량 벡터를 정의하는 방법은 없습니다.
아인슈타인 장방정식 일반 상대성 이론에서 스트레스-에너지 텐서는 종종 다음과 같이 쓰여진 아인슈타인 필드 방정식의 맥락에서 연구됩니다.
R μ ν − 1 2 R g μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν , {\displaystyle R_{\mu \n u }-{\tfrac {1}{2}}R\,g_{\mu \n u }+\Lambda g_{\mu \n u }={8\pi G \over c^{4}} T_{\mu \n u },} 여기서 Rμ ν {\displaystyle R_ {\mu \n u }} 은 리치 텐서 , R {\displaystyle R} 은 리치 스칼라(리치 텐서의 텐서 수축 ), g μ ν {\displaystyle g_ {\mu \nu }\,} 는 메트릭 텐서 , λ 은 우주 상수 (은하 이하의 규모에서는 무시할 수 있음), 그리고 G {\displaystyle G} 는 뉴턴 중력 상수 입니다.
특수한 상황에서의 스트레스 – 에너지 단립자 특수 상대성 이론에서 정지 질량 m 과 궤적 x p (t ) {\displaystyle \mathbf {x} _{\text{p}}(t)} 를 갖는 상호작용하지 않는 입자의 응력-에너지는 다음과 같습니다.
T α β ( x , t ) = m v α ( t ) v β ( t ) 1 − ( v / c ) 2 δ ( x − x p ( t ) ) = E c 2 v α ( t ) v β ( t ) δ ( x − x p ( t ) ) {\displaystyle T^{\alpha \beta }(\mathbf {x},t)={\frac {m\,v^{\alpha }(t)v^{\beta }(t)}{\sqrt {1-(v/c)^{2}}}\;\,\delta \left(\mathbf {x}) -\mathbf {x} _{\text{p}}(t)\right)={\frac {E}{c^{2}}\;v^{\alpha }(t)v^{\beta }(t)\,\delta( 여기 서 vα {\displaystyle v^{\alpha } 는 속도 벡터입니다( γ {\displaystyle \gamma }이(가) 없으므로 4개의 velocity와 혼동해서는 안 됩니다).
v α = ( c , d x p d t ( t ) ) , {\displaystyle v^{\alpha }=\left(c,{\frac {d\mathbf {x} _{\text{p}}}{dt}}(t)\right)\,} δ {\displaysty le \de lta } 는 디랙 델타 함수 이고 E = p 2 c 2 + m 2 c 4 {\textsty l e E={\sqrt {p^{2}c^{2 }+m^{ 2}c^{4}}는 입자의 에너지입니다.
고전물리학의 언어로 작성된 응력-에너지 텐서는 (상대론적 질량, 운동량, 운동량과 속도의 2차 곱)
( Ec 2, p, p v ) {\ displaystyle \left({\frac {E}{c^{2}}),\,\mathbf {p},\,\mathbf {p } \,\mathbf {v} \right)}. 평형상태에 있는 유체의 응력-에너지 열역학적 평형 상태에 있는 완벽 한 유체의 경우 응력-에너지 텐서는 특히 단순한 형태를 갖습니다.
T α β = ( ρ + p c 2 ) u α u β + p g α β {\displaystyle T^{\alpha \beta }\,=\left(\rho +{p \over c^{2}}\right)u^{\alpha }u^{\beta }+pg^{\alpha \beta } where ρ {\displaystyle \rho } is the mass–energy density (kilograms per cubic meter), p {\displaystyle p} is the hydrostatic pressure (pascals ), u α {\displaystyle u^{\alpha }} is the fluid's four-velocity , and g α β {\displaystyle g^{\alpha \beta }} is the matrix inverse of the metric tensor . 따라서, 그 흔적은 다음과 같이 주어집니다.
T α α = g α β T β α = 3 p − ρ c 2 . {\displaystyle T_{\,\alpha }^{\alpha }=g_{\alpha \beta }T^{\beta \alpha }=3p-\rhoc^{2}\,} 4-속도 는 다음을 만족합니다.
u α u β g α β = − c 2 . {\displaystyle u^{\alpha }u^{\beta }g_{\alpha \beta }=-c^{2}\,} 유체의 적절한 기준 프레임 으로 더 잘 알려진 유체와 함께 이동하는 관성 기준 프레임 에서 4-속도는
u α = ( 1 , 0 , 0 , 0 ) , {\displaystyle u^{\alpha }=(1,0,0,0)\,} 메트릭 텐서의 행렬 역은 단순합니다.
g α β = ( − 1 c 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 ) {\displaystyle g^{\alpha \beta }\,=\left ({\begin {matrix}-{\frac {1}{c^{2}}}&0&0\\0&1&0\\0&0&0\\0&0&1\end{matrix}\right)\,} 응력-에너지 텐서는 대각선 행렬입니다.
T α β = ( ρ 0 0 0 0 p 0 0 0 0 p 0 0 0 0 p ) . {\displaystyle T^{\alpha \beta }=\left ({\begin {matrix}\rho &0&0&0\\0&p&0\\0&0&p&0\\\0&0&p\end{matrix}}\rho. 전자기 응력-에너지 텐서 원천이 없는 전자기장의 힐베르트 응력-에너지 텐서는
T μ ν = 1 μ 0 ( F μ α g α β F ν β − 1 4 g μ ν F δ γ F δ γ ) {\displaystyle T^{\mu \n u}={\frac {1}{\mu _{0}}\left(F^{\mu \alpha }g_{\alpha \beta }F^{\n u \beta }-{\frac {1}{4}}g^{\mu \n u }F_{\delta \gamma }F^{\delta \gamma }\right)} 여기서 F μ ν {\displaystyle F_ {\mu \n u }} 은 전자기장 텐서 입니다.
스칼라장 클라인-고든 방정식을 만족하는 복소 스칼라장 ϕ {\displaystyle \ phi}에 대한 응력-에너지 텐서는
T μ ν = ℏ 2 m ( g μ α g ν β + g μ β g ν α − g μ ν g α β ) ∂ α ϕ ¯ ∂ β ϕ − g μ ν m c 2 ϕ ¯ ϕ , {\displaystyle T^{\mu \n u }={\frac {\hbar ^{2}}{m}}\left(g^{\mu \alpha }g^{\n u \beta }+g^{\mu \beta }g^{\n u \alpha }-g^{\mu \n u }g^{\alpha \beta }\right)\partial _{\alpha }{\bar {\phi }\partial}\phi -g^{\mu \n u }mc^{2}{\bar {\phi }}\phi ,} 메트릭이 평평한 경우(데카르트 좌표로 민코프스키) 구성 요소는 다음과 같습니다.
T 00 = ℏ 2 m c 4 ( ∂ 0 ϕ ¯ ∂ 0 ϕ + c 2 ∂ k ϕ ¯ ∂ k ϕ ) + m ϕ ¯ ϕ , T 0 i = T i 0 = − ℏ 2 m c 2 ( ∂ 0 ϕ ¯ ∂ i ϕ + ∂ i ϕ ¯ ∂ 0 ϕ ) , a n d T i j = ℏ 2 m ( ∂ i ϕ ¯ ∂ j ϕ + ∂ j ϕ ¯ ∂ i ϕ ) − δ i j ( ℏ 2 m η α β ∂ α ϕ ¯ ∂ β ϕ + m c 2 ϕ ¯ ϕ ) . {\displaystyle {\begin {aligned} T^{00}&={\frac {\hbar ^{2}}{mc^{4}}}\left(\partial _{0}{\bar {\phi }}\partial _{0}\phi +c^{2}\partial _{k}{\bar {\phi }}\partial _{k}\phi \right)+m{\bar {\phi }}\phi ,\\T^{0i}= T^{i0}&=-{\frac {\hbar ^{2}}{mc^{2}}\left(\partial _{0}{\bar {\phi}}\partial _{i}\phi +\partial _{i}{\bar {\phi}}\partial _{0}\phi \right), \ \mathrm {and} \\T^{ij}&={\frac {\hbar ^{2}}{m}\left(\partial _{i}{\bar {\phi }}\partial _{j}\phi +\partial _{j}{\bar {\phi }}\partial _{i}\phi \right)-\delta _{ij}\left ({ {\hbar ^{2}}\eta ^{\alpha \beta }\partial _{\alpha ^{\alpha }}{\bar ^{\phi }\partial _{\beta } \end{align}}
응력-에너지의 변형 정의 비중력 응력-에너지에 대한 여러 가지 부등식 정의가[5] 있습니다.
힐베르트 응력-에너지 텐서 힐베르트 응력-에너지 텐서는 함수 도함수 로 정의됩니다.
T μ ν = − 2 − g δ S m a t t e r δ g μ ν = − 2 − g ∂ ( − g L m a t t e r ) ∂ g μ ν = − 2 ∂ L m a t t e r ∂ g μ ν + g μ ν L m a t t e r , {\displaystyle T_{\mu \n u }={\frac {-2}{\sqrt {-g}}{\frac {\delta S_{\mathrm {matter}}}}{\delta g^{\mu \n u }}={\frac {-2}{\sqrt {-g}}{\frac {\left ({\sqrt {-g}}{\mathcal {L}_{\mathrm {matter}}\right)}{\partial g^{\mu \n u }}=-2{\frac {\partial {\mathcal {L}_{\mathrm {matter}}}}{\partial g^{\mu \n u }}+g_{\mu \n u}{\mathcal {L}_{\mathrm {matter}} 여기 서, Matter {\ displaystyle S_{\mathrm {matter}}} 는 작용 의 비중력 부분, Lmatter {\ displaystyle {\mathcal {L}_{\mathrm {matter}}} 는 라그랑지안 밀도의 비중력 부분이며 오일러-라그랑지 방정식 이 사용되었습니다. 이것은 대칭적이고 게이지 불변입니다. 아인슈타인 참조- 자세한 정보를 얻기 위해 힐베르트의 행동 .
표준 응력-에너지 텐서 노에테르의 정리 는 공간과 시간을 통한 이동과 관련된 보존된 전류가 존재한다는 것을 의미합니다. 자세한 내용은 특수 상대성 이론의 응력-에너지 텐서에 대한 위 절을 참조하십시오. 이를 표준 응력-에너지 텐서(canonical stress-energy tensor)라고 합니다. 일반적으로 이것은 대칭적이지 않으며 게이지 이론이 있는 경우 공간 의존적 게이지 변환 이 공간 변환과 함께 전달되지 않기 때문에 게이지 불변 이 아닐 수 있습니다.
일반 상대성 이론에서 번역은 좌표계와 관련이 있으므로 공변량으로 변환하지 않습니다. 중력 응력-에너지 의사 텐서에 대한 아래 절을 참조하십시오.
벨린판테-로젠펠트 응력-에너지 텐서 스핀이나 다른 고유한 각운동량이 있는 경우 표준 노에더 응력-에너지 텐서는 대칭이 되지 않습니다. 벨린판테-로젠펠트 응력-에너지 텐서는 표준 응력-에너지 텐서와 스핀 전류를 대칭적이고 여전히 보존되는 방식으로 구성됩니다. 일반 상대성 이론에서 이 수정된 텐서는 힐베르트 응력-에너지 텐서와 일치합니다.
중력 응력-에너지 등가 원리 에 의해 중력 스트레스-에너지는 어떤 선택된 프레임의 어떤 지점에서 항상 국소적으로 사라질 것이고, 따라서 중력 스트레스-에너지는 0이 아닌 텐서로 표현될 수 없습니다. 대신 의사 텐서를 사용해야 합니다.
일반 상대성 이론에서는 중력 스트레스-에너지-운동량 의사 텐서에 대한 많은 뚜렷한 정의가 있습니다. 여기에는 아인슈타인 의사 텐서와 란다우-리프시츠 의사 텐서가 포함됩니다. 적절한 좌표계를 선택함으로써 시공간의 어떤 사건에서도 Landau-Lifshitz 의사 텐서를 0으로 줄일 수 있습니다.
참고 항목 참고자료 및 참고자료 ^ Misner, Thorne 및 Wheeler 의 141-142쪽에서 섹션 5.7 "응력-에너지 텐서의 대칭"은 "위에서 탐색된 모든 응력-에너지 텐서는 대칭이었다"로 시작합니다. 그렇지 않았더라면 그들이 존재할 수 없었을 것이라는 것을 다음과 같이 봅니다." ^ Misner, Charles W.; Thorne, Kip S.; Wheeler, John A. (1973). Gravitation . San Francisco, CA: W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-0334-3 . ^ d'Inverno, R.A. (1992). Introducing Einstein's Relativity . New York, NY: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-859686-8 . ^ Landau, L.D.; Lifshitz, E.M. (2010). The Classical Theory of Fields (4th ed.). Butterworth-Heinemann. pp. 84–85. ISBN 978-0-7506-2768-9 . ^ Baker, M.R.; Kiriushcheva, N.; Kuzmin, S. (2021). "Noether and Hilbert (metric) energy–momentum tensors are not, in general, equivalent" . Nuclear Physics B . 962 (1): 115240. arXiv :2011.10611 . Bibcode :2021NuPhB.96215240B . doi :10.1016/j.nuclphysb.2020.115240 . S2CID 227127490 .
외부 링크
범위
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