度量张量

更新时间:2022-08-25 14:32

黎曼几何里面,度量张量,物理学译为度规张量,是指用来衡量度量空间中距离及角度的二阶张量。

介绍

在黎曼几何里面,度量张量(英语:Metric tensor)又叫黎曼度量,物理学译为度规张量,是指一用来衡量度量空间中距离,面积及角度的二阶张量

当选定一个局部坐标系统,度量张量为二阶张量一般表示为 ,也可以用矩阵表示,记作为G或g。而记号传统地表示度量张量的协变分量(亦为“矩阵元素”)。

定义

a到 b的弧线长度定义如下,其中参数定为t,t由a到b:

两个切矢量的夹角 ,设矢量和 ,定义为:

若 f为 到 的局部微分同胚,其诱导出的度量张量的矩阵形式G,由以下方程计算得出:

J 表示f的雅可比矩阵,它的转置为。著名例子有 之间从极坐标 到直角坐标(x,y) 的坐标变换,在这例子里有:

这映射的雅可比矩阵为

所以

这跟微积分里极坐标的黎曼度量,一致。

例子

二维欧几里德度量张量:

弧线长度转为熟悉微积分方程式:

在其他坐标系统的欧氏度量:

极坐标系:

圆柱坐标系:

球坐标系:

平面闵可夫斯基空间

在一些习惯中,与上面相反地,时间ct的度规分量取正号而空间 (x,y,z)的度规分量取负号,故矩阵表示为:

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