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¿Hay alguna razón intuitiva que explique por qué los tensores son tan omnipresentes en la física?

Como principiante, soy capaz de ver de dónde vienen los diferentes tensores individuales en la física, pero estoy tratando de generar alguna intuición de por qué este objeto - definido por una ley de transformación bastante específica - es tan ampliamente aplicable.

Este es uno de mis argumentos, pero no estoy seguro de que tenga sentido:

  1. Queremos definir grupos de físico cantidades en las que el conjunto es invariante de alguna manera bajo el cambio de coordenadas.
  2. Supongamos que $ [ u_0, u_1, ..., u_n] $ se transforma en $ [v_0, v_1, ..., v_n] $ tras una transformación de coordenadas. Una forma algo genérica de escribir la ley de transformación es $ v_i = f_i(u_0, ..., u_n, t_0, ..., t_n) $ où $ t $ es algún factor que depende de las características específicas de la transformación de coordenadas.
  3. Si escribimos la expansión en serie de Taylor de lo anterior, obtendremos términos que tienen potencias cuadráticas o superiores en $u_n$ . Clave : todos ellos deben descartarse basándose en el análisis dimensional.
  4. Sólo quedan los términos lineales: $ f_i(u_0, ..., u_n, t_0, ..., t_n) = \sum_{n} {t_n}{u_n} $ que es la misma que la ley de transformación tensorial.

¿Es apropiado utilizar aquí el análisis dimensional en el contexto de las expansiones de taylor? Y en general, ¿hay alguna razón más intuitiva para la ubicuidad de los tensores en física?

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akhmeteli Puntos 10362

Creo que los tensores aparecen en la física porque son representaciones de los grupos de simetrías del espacio(tiempo) existentes, como el grupo de Lorentz o el grupo de rotación.

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user2357653 Puntos 21

La razón por la que los tensores aparecen con tanta frecuencia en la física tiene que ver realmente con el marco matemático subyacente que se utiliza. Normalmente, las teorías físicas se construyen sobre tipos especiales de espacios denominados variedades. Hay muchos objetos matemáticos diferentes que pueden construirse sobre un colector, como funciones, vectores, vectores duales, formas y, por supuesto, tensores. En general, los tensores tienen una definición matemática muy precisa, pero en coordenadas locales se puede demostrar que los tensores tienen una ley de transformación de definición única bajo un cambio de coordenadas. Los tensores encierran en su definición muchos objetos matemáticos diferentes, denotados por su rango.

No estoy seguro de si esto da demasiada intuición sobre los propios tensores, pero diría que es útil, en tales circunstancias, recurrir a una explicación matemática. Quizás intentar estudiar algo de geometría diferencial con aplicaciones a la física. Creo que eso te daría algunas de las respuestas que buscas.

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