Obserwator (szczególna teoria względności) - Observer (special relativity)
W szczególnym wzgl An obserwator jest ramka odniesienia , z którego zbiór obiektów lub zdarzeń są mierzone. Zwykle jest to inercyjny układ odniesienia lub „inercyjny obserwator”. Rzadziej obserwatorem może być dowolna nieinercjalna układ odniesienia, taka jak układ Rindlera, który można nazwać „przyspieszającym obserwatorem”.
Użycie szczególnej teorii względności znacznie różni się od zwykłego angielskiego znaczenia słowa „obserwator”. Ramy odniesienia są z natury nielokalnymi konstrukcjami, obejmującymi całą przestrzeń i czas lub nietrywialną ich część; dlatego nie ma sensu mówić o obserwatorze (w szczególnym sensie relatywistycznym) posiadającym lokalizację. Ponadto obserwator inercyjny nie może przyspieszyć w późniejszym czasie, ani też przyspieszający obserwator nie może przestać przyspieszać.
Fizycy używają terminu „obserwator” jako skrótu określającego określony układ odniesienia, z którego mierzy się zbiór obiektów lub zdarzeń. Mówienie o obserwatorze w szczególnej teorii względności nie jest konkretną hipotezą o indywidualnej osobie, która doświadcza zdarzeń, ale raczej jest to określony kontekst matematyczny, z którego należy oceniać przedmioty i zdarzenia. Efekty szczególnej teorii względności pojawiają się niezależnie od tego, czy czująca istota znajduje się w inercjalnym układzie odniesienia, czy też nie.
Historia
Einstein często używał słowa „obserwator” ( Beobachter ) w swoim oryginalnym artykule z 1905 roku na temat szczególnej teorii względności oraz we wczesnym, popularnym wykładzie na ten temat. Jednak użył tego terminu w jego rodzimym znaczeniu, odnosząc się na przykład do „człowieka przy oknie wagonu” lub „obserwatorów, którzy biorą pociąg za swoje ciało odniesienia” lub „obserwatora wewnątrz wyposażonego w aparaturę”. Tutaj ciało odniesienia lub układ współrzędnych - fizyczny układ mierników i zegarów, który obejmuje obszar czasoprzestrzeni, w którym mają miejsce zdarzenia - jest odróżniany od obserwatora - eksperymentatora, który przypisuje współrzędne czasoprzestrzenne zdarzeniom odległym od siebie samego, obserwując (dosłownie widząc) zbiegi okoliczności między tymi zdarzeniami a lokalnymi cechami ciała odniesienia.
To rozróżnienie między obserwatorem a „aparatem” obserwatora, takim jak układy współrzędnych, narzędzia pomiarowe itp., Zostało porzucone przez wielu późniejszych autorów, a dziś często spotyka się termin „obserwator”, który oznacza skojarzony z obserwatorem układ współrzędnych (zwykle przyjmuje się, że krata współrzędnych zbudowana z ortonormalnego zestawu praworęcznych wektorów podobnych do kosmosu, prostopadłych do wektora podobnego do czasu ( pole ramki ), patrz Doran). Tam, gdzie Einstein odnosił się do „obserwatora, który jedzie pociągiem jako swojego ciała odniesienia” lub „obserwatora znajdującego się u początku układu współrzędnych”, ta grupa współczesnych pisarzy mówi na przykład, że „obserwator jest reprezentowany przez układ współrzędnych w cztery zmienne przestrzeni i czasu "lub" obserwator w układzie S stwierdza, że pewne zdarzenie A zachodzi na początku jego układu współrzędnych ". Jednak w tej kwestii nie ma jednomyślności, a wielu autorów nadal preferuje rozróżnienie między obserwatorem (jako pojęciem związanym ze stanem ruchu ) od bardziej abstrakcyjnego, ogólnego pojęcia matematycznego układu współrzędnych (który może być, ale nie musi, być związane z ruchem). Podejście to kładzie większy nacisk na wiele możliwości opisu dostępnych dla obserwatora. Obserwator jest następnie identyfikowany z obserwacyjnym układem odniesienia , a nie z kombinacją układu współrzędnych, aparatury pomiarowej i stanu ruchu.
Zasugerowano również, że termin „obserwator” jest przestarzały i powinien zostać zastąpiony przez zespół obserwatorów (lub rodzinę obserwatorów ), w którym każdy obserwator dokonuje obserwacji w jego bezpośrednim sąsiedztwie, gdzie opóźnienia są znikome, współpracując z resztą zespół, aby ustawić zsynchronizowane zegary w całym regionie obserwacji, a wszyscy członkowie zespołu przesłali swoje różne wyniki z powrotem do urządzenia zbierającego dane w celu syntezy.
„Obserwator” jako forma współrzędnych względnych
Kierunek względny to pojęcie występujące w wielu językach ludzkich. W języku angielskim opis położenia przestrzennego obiektu może zawierać terminy takie jak „lewo” i „prawo”, które odnoszą się do mówiącego lub do konkretnego obiektu lub perspektywy (np. „Po lewej stronie, gdy patrzysz na drzwi wejściowe.")
Stopień, w jakim taki opis jest subiektywny, jest raczej subtelny. Zobacz Problem Ozmy, aby to zilustrować.
Niektóre bezosobowe przykłady względnego kierunku w języku to określenia żeglarskie: dziób , rufa , lewa i prawa burta . Są to względne, egocentryczne terminy przestrzenne, ale nie obejmują ego: istnieje dziób, rufa, lewa i prawa burta statku, nawet jeśli nikogo nie ma na pokładzie.
Specjalne stwierdzenia względności dotyczące „obserwatora” w pewnym stopniu wyrażają podobny rodzaj bezosobowego kierunku względnego. „Obserwator” jest perspektywą w tym sensie, że jest to kontekst, z którego ocenia się zdarzenia w innych inercjalnych układach odniesienia, ale nie jest to taka perspektywa, jaką miałaby pojedyncza osoba: nie jest zlokalizowana i nie jest związana z szczególny punkt w przestrzeni, ale raczej z całym bezwładnym układem odniesienia, który może istnieć w dowolnym miejscu we wszechświecie (przy pewnych długich specyfikacjach matematycznych i zastrzeżeniach).
Wykorzystanie w innych dyscyplinach naukowych
Termin obserwator ma również szczególne znaczenie w innych dziedzinach nauki, takich jak mechanika kwantowa i teoria informacji . Zobacz na przykład kota Schrödingera i demona Maxwella .
W ogólnej teorii względności termin „obserwator” odnosi się częściej do osoby (lub maszyny) dokonującej biernych pomiarów lokalnych, co jest znacznie bliższe zwykłemu angielskiemu znaczeniu tego słowa. W mechanice kwantowej „obserwacja” jest synonimem pomiaru kwantowego, a „obserwator” z aparaturą pomiarową i obserwowalna za pomocą tego, co można zmierzyć. Ten konflikt zwyczajów w fizyce jest czasami źródłem nieporozumień.