一、基本定义
张量是多重线性映射,类型为(k,l)的张量T可表示为:
其中V是向量空间,V∗是其对偶空间,k为上标(逆变分量),l为下标(协变分量)。
二、代数运算
1.张量加法
规则:同类型张量可相加,结果张量的分量逐个相加。
限制:仅当两张量均为(k,l)型时有效。
2.标量乘法
规则:张量与标量相乘,分量逐个乘以标量.
3、张量积(⊗)
定义:将两个张量T(类型(k,l)和S(类型(m,n))合并为(k+m,l+n)型张量。
例子:
4.缩并(Contraction)
规则:对张量的一个上标和一个下标求和,得到低两阶的张量.
重复指标a求和
例子:
5.对称化与反对称化
对称化(Symmetrization):
反对称化(Antisymmetrization):
6.指标升降(度规依赖)
三、微分运算
1.协变导数(∇)
2.李导数(LX)
3.外微分(d)
适用对象:仅作用于反对称张量(微分形式)。
四、特殊运算与恒等式
1.爱因斯坦求和约定
规则:重复的上下标自动求和,例如:
2.张量的缩并与迹
3.Hodge对偶(*)
4.曲率张量的Bianchi恒等式
五、物理中的常见应用
核心规则:张量运算需严格遵循指标平衡(自由指标上下位置和数量一致)。
运算本质:所有操作保持多重线性性,且与坐标无关(协变性)。
应用场景:从黎曼几何到规范场论,张量运算为描述物理与几何结构的统一语言。