张量入门(Tensor for Beginners)(二)
1.2 张量是什么
1.2.1 张量的数组“定义”
张量=多维数组。
在初学向量的时,很容易进入这样的误区:
s | 正方体(假装有个cube) | ||
标量 | 向量(矢量) | 矩阵 | 三阶张量 |
rank 0 | rank 1 | rank 2 |
rank3 |
这个定义的意思是:标量是零阶张量(没有方向),向量是一阶张量(有一个方向),矩阵是二阶张量(有两个方向),正方体组成的数组(“三维”数组,有三个方向)是三阶张量,以此类推可以得到抽象的n阶张量。张量确实可以表示成这种形式,但仅仅是形式,这种定义完全是错误的!!它虽然能如此表示但并不能说明张量的本质(what they fundamentally are)。张量不仅仅是数字的集合,它具有完全的几何意义。
1.2.2 张量的坐标定义
张量=是一个在坐标系发生改变的时候保持不变的对象,它拥有在坐标系变化中可以预测的特别的内容(components)。
这个定义其实就是张量最初的定义,在物理学中的定义。物理学家希望同一个物理量不因观察者的角度不同而产生偏差,由此提出了这个定义。众所周知,向量是满足这个定义的,所以可以认为向量是一种张量。下面我们会用vector来说明这个问题。在这个定义下:
vector are invariant |
vector components are not invariant |
vector作为物理量是不变的,但它的内容会因为坐标系的选择而有所变化,如下图所示。
将铅笔视为一个向量,在不同坐标系下它的内容会有所变化。
1.2.3 张量的抽象定义
张量=用张量积(Tensor product)联合起来的向量(vector)和协变向量(covector)构成的集合。
这可以算作是张量最佳的定义了,它完全是数学的、精确的。等我们慢慢了解了vector、covector和Tensor product 之后我们再回过头来看这个张量的最佳定义吧!
第一章(完) 下一章会就vector、covector等进行详细的讲解。