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場方程
鎖定
- 中文名
- 場方程
- 外文名
- field equations
- 定 義
- 描述場的運動規律的方程
- 學 科
- 物理
場方程愛因斯坦場方程
愛因斯坦引力場方程是一組含有十個方程的方程組,由愛因斯坦於1915年在廣義相對論中提出。
[1]
此方程組描述了引力是由物質與能量所產生的時空彎曲所造成。也就是説,如同牛頓的萬有引力理論中質量作為引力的來源,亦即有質量就可以產生引力,廣義相對論更進一步的指出,動量與壓強皆可做為引力的來源,並且將引力場詮釋成彎曲時空。所以當我們知道物質與能量在時空中是如何分佈的,就可以計算出時空的分佈,而時空彎曲的結果即是引力。
愛因斯坦引力場方程是用來計算物質造成的時空彎曲,再搭配測地線方程,就可以求出物體在引力場中的運動軌跡。這個想法與電磁學的想法是類似的:當我們知道了空間中的電荷與電流(電磁場的來源)是如何分佈的,藉由麥克斯韋方程組,我們可以計算出電場與磁場,再借由洛倫茲力公式,即可求出帶電粒子在電磁場中的軌跡。
場方程數學形式
G是萬有引力常數,
c是真空中光速。
愛因斯坦場方程是一組含有若干2階對稱張量的張量方程
[1]
。每一個張量都有10個獨立的分量。由於4個比安基恆等式,我們可以將10個愛因斯坦場方程減少至6個獨立的方程組。這導致了度規張量gμν有4個自由度,與座標選取的4個自由度是對應的。
雖然愛因斯坦場方程一開始是一個應用在四維時空的理論,但是一些理論學家嘗試將它應用在探索n維時空上。
一般我們藉由定義愛因斯坦張量( 一個對稱的與度規gμν有關的二階張量) :
來將愛因斯坦場方程寫成一個更加簡單的形式:
若使用幾何單位制,則G=c= 1,場方程因此簡化為:
場方程性質
場方程能量與動量守恆
場方程場方程為非線性的
愛因斯坦場方程的非線性特質使得廣義相對論與其他物理學理論迥異
[1]
。舉例來説,電磁學的麥克斯韋方程組跟電場、磁場以及電荷、電流的分佈是呈線性關係(亦即兩個解的線性疊加仍然是一個解)。另個例子是量子力學中的薛定諤方程,對於概率波函數也是線性的。
場方程對應原理
場方程真空場方程
場方程宇宙常數為零
若
為零,則場方程被稱作真空場方程。真空場方程可寫為:
場方程宇宙常數不為零
若宇宙常數不為零,則方程為
若同上面宇宙常數為零的例子,其形式為
場方程愛因斯坦-麥克斯韋方程
參見:彎曲時空中的麥克斯韋方程組
場方程參見
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