电磁应力-能量张量

/ 默认分类 / 0 条评论 / 70浏览

物理学中,电磁应力-能量张量是指由电磁场贡献于应力-能量张量(又称能量-动量张量)的部分。在自由空间中,以国际单位制之单位可表示成:

� � �

1 � � [ − � � � � � � − 1 4 � � � � � � � � � ] T^{{\alpha \beta }}={\frac {1}{\mu {o}}}[-F^{{\alpha \gamma }}F{{\gamma }}{}^{{\beta }}-{\frac {1}{4}}g^{{\alpha \beta }}F_{{\gamma \delta }}F^{{\gamma \delta }}]. 若以明显的矩阵形式,可写为:

� � �

[ 1 2 ( � � � 2 + 1 � 0 � 2 ) � � � � � � � � − � � � − � � � − � � � � � − � � � − � � � − � � � � � − � � � − � � � − � � � ] T^{{\alpha \beta }}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{2}}(\epsilon {o}E^{2}+{\frac {1}{\mu {0}}}B^{2})&S{x}&S{y}&S_{z}\S_{x}&-\sigma _{{xx}}&-\sigma _{{xy}}&-\sigma {{xz}}\S{y}&-\sigma _{{yx}}&-\sigma _{{yy}}&-\sigma {{yz}}\S{z}&-\sigma _{{zx}}&-\sigma _{{zy}}&-\sigma _{{zz}}\end{bmatrix}}, 其中

坡印亭向量 � →

1 � � � → × � →{\vec {S}}={\frac {1}{\mu {o}}}{\vec {E}}\times {\vec {B}}, 电磁场张量 � � � F{{\alpha \beta }}!, 度规张量 � � � g_{{\alpha \beta }}!,以及 麦克斯韦应力张量 � � �

� � � � � � + 1 � 0 � � � � − 1 2 ( � � � 2 + 1 � 0 � 2 ) � � � \sigma {{ij}}=\epsilon {o}E{i}E{j}+{\frac {1}{{\mu {0}}}}B{i}B_{j}-{\frac {1}{2}}\left({\epsilon _{o}E^{2}+{\frac {1}{{\mu _{0}}}}B^{2}}\right)\delta _{{ij}}. 注意到 � 2

1 � � � 0 c^{2}={\frac {1}{\epsilon _{o}\mu _{0}}},而c是真空中光速。

若以cgs制单位表示,我们可以很简单地用 1 4 �{\frac {1}{4\pi }}取代 � � \epsilon _{o},,以及用 4 � 4\pi ,取代 � � \mu _{o},:

� � �

1 4 � [ − � � � � � � − 1 4 � � � � � � � � � ] T^{{\alpha \beta }}={\frac {1}{4\pi }}[-F^{{\alpha \gamma }}F_{{\gamma }}{}^{{\beta }}-{\frac {1}{4}}g^{{\alpha \beta }}F_{{\gamma \delta }}F^{{\gamma \delta }}]. 若以明显的矩阵形式,可写为:

� � �

[ 1 8 � ( � 2 + � 2 ) � � / � � � / � � � / � � � / � − � � � − � � � − � � � � � / � − � � � − � � � − � � � � � / � − � � � − � � � − � � � ] T^{{\alpha \beta }}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{8\pi }}(E^{2}+B^{2})&S_{x}/c&S_{y}/c&S_{z}/c\S_{x}/c&-\sigma _{{xx}}&-\sigma _{{xy}}&-\sigma {{xz}}\S{y}/c&-\sigma _{{yx}}&-\sigma _{{yy}}&-\sigma {{yz}}\S{z}/c&-\sigma _{{zx}}&-\sigma _{{zy}}&-\sigma _{{zz}}\end{bmatrix}} 其中,坡印亭向量变成如下形式:

� →

� 4 � � → × � →{\vec {S}}={\frac {c}{4\pi }}{\vec {E}}\times {\vec {H}}. 介电材料中的电磁应力-能量张量则较不为人所了解,并且其为未解决的Abraham-Minkowski controversy的主题。 (however see Pfeifer et al., Rev. Mod. Phys. 79, 1197 (2007))

能量-动量张量的其中元素(或说分量) � � � T^{{\alpha \beta }}!代表了电磁场的四维动量,其第α个分量—— � � P^{{\alpha }}!通过一超平面(hyperplane)“xβ = 常数”之通量(flux)。其代表了电磁场这个物理客体所带有的能量、动量及应力,对于重力场(时空曲率)会有怎样的重力场源贡献。这些课题出现在广义相对论中。

相关条目 应力-能量张量