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¿Cuál es la naturaleza matemática del tensor tensión impulso de energía?

Estoy confundido acerca de las Ecuaciones de Campo de Einstein. Específicamente, considere la posibilidad de

\begin{equation} \text{R}_{ab} - \frac{1}{2} \text{R} g_{ab} =\frac{8\pi G}{c^4}\text{ T}_{ab} \end{equation}

Comprendo $g_{ab}$ es el espacio-tiempo métricas. También entiendo que el lado izquierdo de la EFEs nos da la curvatura. Pero, ¿qué es $\text{T}_{ab}$? No entiendo qué tipo de información matemática que me está dando acerca de la distribución de la materia o de cómo esto nos da información acerca de la curvatura de la métrica.

Sería grande si usted podría contraste un par de ejemplos de $\text{T}_{ab}$. Yo siempre veo el ejemplo de polvo o perfecto fluidos, pero nunca entenderé por qué la gente piensa que estos ejemplos son tan útiles o interesantes. De hecho, yo nunca había oído hablar de un fluido perfecto hasta GR, por lo que ha sido una curiosa pero fascinante manera de ser introducido por primera vez en este contexto.

COMENTARIO: ¿Qué es $\text{T}_{ab}$ llama? He escuchado los términos "estrés", "impulso", y "energía" tirado por ahí pero nunca sé si todos ellos se utilizan para describir a $\text{T}_{ab}$ o sólo algunos de ellos.

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SBWorks Puntos 245

Usted podría estar familiarizado con la energía y el impulso. Para una persona, en un marco que parecen diferentes, uno es un escalar, uno es un vector. Pero el hecho es que la energía de una persona (marco) se ve es, en general, en relación no sólo a la energía o el impulso de una persona que vio, sino que depende de ambos. Mismo con el impulso, el impulso de una persona (marco) se ve es, en general, en relación no sólo a la energía o el impulso de una persona que vio, sino que depende de ambos. Por lo tanto, ayuda a pensar en el impulso y la energía como los cuatro componentes de una cosa, y la gente va a romper ese 4 componente cosa en pedazos de diferentes maneras.

Al igual que en el espacio que usted puede tener un vector de desplazamiento, y una persona puede romper en $(a,0,0)$ si su eje x apunta en la dirección del vector, y de que alguien pueda ver $(0,a,0)$ si su eje y apunta en la dirección del vector. Nada de profundidad. De manera similar a que, el centro de impulso marco que ver el total de energía impulso vector como $(E,0,0,0)$ debido a que su movimiento está alineado con ímpetu total, como se ve en la energía-momentum 4-vector que apunta en la misma dirección que el vector $(1,0,0,0)$, su tiempo, señalando el 4-vector. Un marco diferente simplemente romper el vector abajo en diferentes componentes, pero es el mismo vector.

De modo que la energía y el impulso. Pero también puede haber flujo, que es el flujo de algo a través de una hipersuperficie. Por ejemplo, si usted varían todos sus coordenadas fijas, excepto uno, se obtiene una serie de hypersurfaces (una para cada coordenada mantiene fija), y el flujo de energía a través de las superficies es de cuatro de los componentes de $T_{ab}$. Del mismo modo, usted puede rastrear el flujo de $p_x$ y el flujo de $p_x$ a través de las superficies es de cuatro de los componentes de $T_{ab}$. Del mismo modo que de nuevo se puede rastrear el flujo de $p_y$ y el flujo de $p_y$ a través de las superficies es de cuatro de los componentes de $T_{ab}$. Por último, se puede rastrear el flujo de $p_z$ y el flujo de $p_z$ a través de las superficies es de cuatro de los componentes de $T_{ab}$. Cada vez que tenía cuatro superficies, y cada vez había cuatro cosas para medir el flujo de. Así que 16 de los flujos. Y junto a ellos se indicará cómo cada parte de la energía-momentum fluye (completamente).

El tensor de la $T_{ab}$ se llama el estrés de la energía del tensor. Algunas de esas entradas que ya tenía los nombres de, por ejemplo, a lo largo de la diagonal que tiene la densidad de energía y el flujo de $p_x$ a través de la x-superficie (una especie de presión debido a que la fuerza apunta en la dirección de la superficie) el flujo de $p_y$ a través de la y de la superficie (otro tipo de presión) y, finalmente, el flujo de $p_z$ a través de la z de la superficie. A través de la primera columna o fila que tenga el impulso de la densidad. Y el resto de las piezas son el estrés de cizalla (e.g.g flujo de $p_x$ a través de una y de la superficie).

El estrés de la energía tensor ya existe, el estrés de la energía tensor es de una fuente, hace que la curvatura de ser diferente de lo que debería. Imaginar una solución para una estrella con una masa y una solución para una estrella con una masa diferente. Si usted corta el interior de las grandes estrellas y el exterior de la pequeña estrella y cosidos juntos a lo largo del corte, que requiere que haya un poco de tensión-energía en la región donde se cosió ellos juntos.

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Con respecto a la terminología, el estrés como un término es tan anticuado como los términos de la energía y el impulso y la densidad y así sucesivamente. El estrés es un flujo de impulso en una dirección espacial. La densidad de energía es un flujo de energía en el t-dirección, impulso de la densidad es un flujo de momentum en el t-dirección. Para ver esto, observe que la densidad es el flujo a través de un t-superficie porque la densidad junto con el tamaño de un t-superficie indica la cantidad de cosas persiste allí (flujo en la t-dirección). Y la energía es sólo uno de los cuatro componentes de la energía-momentum 4-vector, $p_x$ es otro de los componentes, etc. 4 componentes, cada uno tiene cuatro superficies a ser un flujo. Uno de los problemas es que, tradicionalmente, por razones históricas, la energía y el impulso (y masa) fueron medidos en diferentes unidades, por lo que no estamos acostumbrados a pensar en ellos como en la misma.

Podría ayudar a pensar en lo que puede hacer con la tensión tensor de energía. Piense en ellos como componentes de un objeto único que le dará diferentes números si se ha seleccionado un sistema de coordenadas diferente. Es algo que puede ser utilizada para encontrar el flujo a través de una superficie si el suministro de la superficie, y que se encuentra en el flujo de la energía-impulso, los cuatro componentes.

Debido a un arbitrario pero agradable superficie, dividirlo en regiones que son lo suficientemente pequeños como para ser bastante plano, que la superficie plana se puede escribir como una combinación lineal de la base de coordenadas de las superficies, de modo que el flujo a través de ella es la combinación lineal de los flujos a través de esas superficies básicas. Así que los cuatro flujos simplemente permiten calcular un verdadero flujo a través de la superficie real. Cómo se rompió hacia abajo no importa, si sus coordenadas se había alineado con la superficie que tiene solo quería que uno de flujo, especificando todos ellos solo permite que usted encuentre el flujo a través de cualquier superficie. Y puesto que hay cuatro cosas que usted puede encontrar el flujo de $E, p_x, p_y,$ $p_z$ 16 flujos que usted necesita. Pero los de nuevo realmente son los componentes de un sistema unificado cosa, la energía-momentum 4-vector. Así que usted está tratando de especificar el flujo de la energía-impulso completamente. Y tener en cuenta las indicaciones de la energía-impulso y la dirección del flujo, usted necesita los 16 componentes.

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Sean Bannister Puntos 141

Usted puede ser que desee para comenzar con el "tensor de tensiones de Cauchy" del continuum de la mecánica. Dada una dirección $n$, el tensor de tensiones de Cauchy describe las fuerzas que actúan sobre un plano perpendicular a $n$. Estas fuerzas tienen dos contribuciones: la presión, que tiende a hacer que la superficie se expanden o se contraen a lo largo de la dirección normal; y cortante, que tiende a hacer que la superficie de la torsión.

Así que el primer obstáculo conceptual es entender esta tensor de tensiones: la idea de que no hay una sola fuerza que actúa en un punto dado de un cuerpo o fluido, pero que en cada punto, hay una mezcla de presiones y fuerzas cortantes que todos los que actúan en conjunto para ampliar, contrato, o de lo contrario, gire la distribución de la materia.

El estrés de la energía (energía-impulso, o el estrés de energía-impulso) tensor combina el 3d tensor de tensiones con la energía y el impulso. En este sentido, la energía puede ser visto como una forma de "presión" en el tiempo, y el impulso como una forma de cizallamiento que tuerce la distribución de materia entre el tiempo y el espacio.

Para entender mejor el estrés de la energía del tensor, me gustaría destacar la comprensión de la 3d tensor de tensiones y solo de pensar en $T$ como el espacio-tiempo de la versión de que.

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