математика

тензор

Тензор — это математический объект, обобщающий скаляры, векторы и матрицы на случай высших размерностей.
12 статей · 3 формулы

Описание

Тензор — геометрический объект, обобщающий векторы и матрицы на произвольные размерности, компоненты которого преобразуются по ковариантным и контравариантным законам при замене координат. Тензор типа (p,q) имеет p контравариантных и q ковариантных индексов. В физике тензоры — естественный язык полей: метрический тензор g_μν задаёт расстояния, тензор Римана описывает кривизну, а тензор энергии-импульса T_μν служит источником гравитации в уравнениях Эйнштейна.

История

Понятие тензора выросло из работ Гаусса, Римана и Кристоффеля по дифференциальной геометрии. Риччи-Курбастро и Леви-Чивита разработали тензорное исчисление в 1890-х годах (опубликовав «Méthodes de calcul différentiel absolu» в 1900). Эйнштейн с помощью Марселя Гроссмана применил его в общей теории относительности (1915), где тензор Эйнштейна G_μν = R_μν - ½ R g_μν описывает кривизну пространства-времени. Позднее тензоры распространились в механике, электромагнетизме и, с появлением компьютеров, в обработке данных и машинном обучении.

Как это работает

Тензоры определяются законом преобразования: ковариантный тензор A_μ преобразуется как A'_μ = (∂x^ν/∂x'^μ) A_ν, контравариантный B^μ — с обратным якобианом. Смешанные тензоры преобразуются соответственно. Операции: свёртка (суммирование по верхнему и нижнему индексам, уменьшающая ранг на 2), тензорное произведение и ковариантное дифференцирование (через символы Кристоффеля). Внешняя производная порождает антисимметричные тензоры. В физике действия записываются свёртками тензоров. Уравнения Эйнштейна G_μν = (8πG/c^4) T_μν связывают тензор кривизны Эйнштейна с тензором энергии-импульса. Вычисления с тензорами оптимизированы в библиотеках NumPy и TensorFlow.

Где применяется

Тензоры описывают напряжения в материалах, кривизну пространства-времени в теории Эйнштейна и служат основой для нейросетей в TensorFlow.

Любопытный факт

Упругость кожи описывается тензором четвёртого ранга, связывающим приложенную силу с деформацией в каждом направлении, — даже простые материалы обладают сложными направленными свойствами, выражаемыми тензорами.

Граф понятий →

Формулы

$$r = \frac{P_t}{P_s}$$
Отношение мощности тензорных возмущений к мощности скалярных возмущений.
Что в формуле
rпеременнаяотношение тензорных и скалярных возмущений — dimensionless ratio
P_tпеременнаяспектр мощности тензорных возмущений — спектр мощности
P_sпеременнаяспектр мощности скалярных возмущений — спектр мощности
r\approx1.6*10^{-3}(\frac{h_e}{10^{13}{gev}})^2 · 2605.05304v1
$$w_1 a + w_2 b$$
Объединяет значения с весами, дающими в сумме единицу.
Что в формуле
w_1переменнаявес для a — вес
aпеременнаяпервое значение
w_2переменнаявес для b — вес
bпеременнаявторое значение
f_{{nov-aug}}(x)=w*f(x)+(1-w)*ρ(x,a) · 2607.00761
$$H_{\text{HFI}} = \boldsymbol{\mu}_I \cdot \mathbf{A} \cdot \mathbf{S}$$
Взаимодействие между ядерным и электронным магнитными моментами.
Что в формуле
H_{\text{HFI}}переменнаягамильтониан магнитного сверхтонкого взаимодействия — гамильтониан Дж
\boldsymbol{\mu}_Iпеременнаяядерный магнитный момент — магнитный момент А²·м
\mathbf{A}переменнаятензор сверхтонкой связи — тензор Дж/(А²·м)
\mathbf{S}переменнаяоператор спина электрона — spin operator
\cdotоператорскалярное произведение векторов — скалярное произведение

Статьи по теме · 14

Квантовая физика2026-08-101 минarXiv:2608.09850экспресс
Квантовые системы и нити памяти: тензорные сети в открытых системах
Капля чернил в стакане воды расплывается причудливыми завитками. Так и квантовая частица, обмениваясь энергией с окружением, меняет своё состояние сложным и запутанным образом — этот процесс называют квантовой динамикой открытых систем.
Квантовая физика2026-08-101 минarXiv:2608.09850экспресс
Квантовые системы и нити памяти: тензорные сети в открытых системах
Капля чернил в стакане воды расплывается причудливыми завитками. Так и квантовая частица, обмениваясь энергией с окружением, меняет своё состояние сложным и запутанным образом — этот процесс называют квантовой динамикой открытых систем.
Ядро как туго натянутая пружина: тензорные силы и зеркальные ядра
В атомном ядре протоны и нейтроны упакованы так плотно, что между ними действуют силы, напоминающие туго натянутые пружины. Одни пружины сжимаются и разжимаются одинаково во все стороны — это привычные центральные силы. Другие, тензорные, ведут себя хитрее: их натяжение зависит от того, как повёрнуты частицы друг относительно друга.
Тёмная материя настраивает чёрные дыры как квантовые инструменты
В центре многих галактик прячется чёрная дыра, укутанная в невидимое облако — гало тёмной материи. Это не просто безликая масса: её плотность меняется от края к центру, и степень этой «сжатости» называют компактностью.
Мир в мерцаниях: как событийная камера восстанавливает изображение по вспышкам яркости
В отличие от традиционных камер, которые захватывают полный кадр с фиксированной частотой, событийные сенсоры действуют иначе: каждый пиксель независимо реагирует лишь тогда, когда локальная яркость изменяется — становится заметно больше или меньше. Результат — не привычный снимок, а непрерывный поток событий, своего рода «вспышек» с координатами, временем и знаком изменения.
Кирпичики пространства-времени: как тензорные сети ловят неуловимую теорию поля
В квантовой физике есть теории, где всё подчиняется чётким пропорциям — как музыкальный ритм, который всегда возвращается к началу такта. Но существуют и «иррациональные» теории, где ритм ломается и предсказать следующий удар почти невозможно. Одна из таких — теория компактифицированного бозона: частица живёт на окружности, и её поведение зависит от радиуса этой окружности.
Комбинаторика2026-05-171 минarXiv:2605.17594экспресс
Ключи, которые не пересекаются
Можно ощупать незнакомый предмет вдоль, поперёк, по диагонали — каждый раз получая новую информацию. Но что, если один способ ощупывания не говорит ровным счётом ничего о том, что покажет другой? Именно так устроены взаимно несмещённые базисы в квантовой механике: измерение в одном из них оставляет нас в полном неведении относительно исхода в другом.
Сеть, где связи дружат тройками
На вечеринке гости не просто болтают парами, а собираются в кружки по интересам: трое обсуждают кино, четверо — спорт. Обычная схема знакомств, как список контактов в телефоне, такое не ухватит — она видит только связи «один на один». А ведь жизнь состоит из групповых взаимодействий: нейроны в мозгу срабатывают ансамблями, виды в экосистеме влияют друг на друга целыми сообществами.
Оптика2026-04-241 минarXiv:2604.22660экспресс
Свет вместо проводов: фотонный чип считает быстрее
Обычный компьютер гоняет электричество по медным дорожкам, и каждое действие — это очередь: сначала одно, потом другое. Свет умеет иначе. В одном луче можно смешать десятки сигналов, и они не мешают друг другу — как разные голоса в хоре, которые звучат одновременно, но каждый слышен отдельно. Новый чип FieldCore использует сразу пять таких «голосов». Первый — цвет луча: разные длины волн несут разные данные.
Машинное обучение2026-03-141 минarXiv:2603.13727экспресс
Как машина учится выводить законы природы
Обычный компьютер, когда ищет закон природы по данным, пытается угадать готовую формулу целиком. Это как если бы повар, не зная рецепта, разом вывалил все ингредиенты в кастрюлю и надеялся, что получится суп. Чаще всего выходит несъедобная каша: формула длинная, но бессмысленная, и на новых данных она ошибается. Учёные предложили другой путь: пусть машина идёт по стопам великих физиков.
Как машина учится различать звуки речи
Учительница в классе объясняет разницу между «дом» и «том»: приложите руку к горлу и почувствуйте вибрацию. Машина, которая распознаёт речь, делает примерно то же самое, только внутри у неё не горло, а длинные списки чисел. Оказалось, эти числа можно разложить по полочкам — как кубики с буквами в детской.
Сжать океан до трёхсот чисел: как новая модель предсказывает Эль-Ниньо
Климатологи годами спорят, где именно находится «бассейн» Эль-Ниньо — та область в экваториальной части Тихого океана, которая первой отзывается на будущий сдвиг погоды. Спор не от нехватки данных: океан измеряют по долготе, широте и глубине, и каждый срез содержит тысячи чисел. Проблема в том, что этих чисел слишком много, чтобы напрямую увидеть в них закономерность.
Переводчик, который слышит перекличку: как найти причинность в нелинейном шуме
Переводчик в зале заседаний слышит не только отдельные голоса, но и то, как они перекликаются: один спикер замолкает, второй подхватывает мысль, третий уточняет. Если убрать перекличку, останется набор монологов, и смысл разговора ускользнёт.