Наблюдатель (специальная теория относительности)
| Специальная теория относительности |
|---|
 |
В специальной теории относительности наблюдатель — это система отсчета , из которой измеряется набор объектов или событий. Обычно это инерциальная система отсчета или «инерциальный наблюдатель». Реже наблюдателем может быть произвольная неинерциальная система отсчета, такая как система Риндлера , которую можно назвать «ускоряющимся наблюдателем».
Использование специальной теории относительности существенно отличается от обычного английского значения слова «наблюдатель». Системы отсчета по своей сути являются нелокальными конструкциями, охватывающими все пространство и время или нетривиальную его часть; таким образом, нет смысла говорить о том, что наблюдатель (в специальном релятивистском смысле) имеет местоположение. Кроме того, инерционный наблюдатель не может ускориться позже, а ускоряющийся наблюдатель не может прекратить ускорение.
Физики используют термин «наблюдатель» как сокращение для конкретной системы отсчета, из которой измеряется набор объектов или событий. Говоря о наблюдателе в специальной теории относительности, мы не выдвигаем конкретную гипотезу об отдельном человеке, переживающем события, а скорее о конкретном математическом контексте, из которого следует оценивать объекты и события. Эффекты специальной теории относительности возникают независимо от того, есть ли в инерциальной системе отсчета разумное существо, которое может их засвидетельствовать.
История [ править ]
Эйнштейн часто использовал слово «наблюдатель» ( Беобахтер ) в своей оригинальной статье 1905 года по специальной теории относительности и в своем раннем популярном изложении этого предмета. [1] Однако он использовал этот термин в его просторечном смысле, имея в виду, например, «человека у окна железнодорожного вагона», или «наблюдателей, которые считают железнодорожный поезд своим телом отсчета», или «наблюдателя внутри, оснащенного аппаратурой». Здесь тело отсчета или система координат — физическое расположение мерных линеек и часов, охватывающее область пространства-времени, где происходят события, — отличается от наблюдателя — экспериментатора, который посредством наблюдения (буквального видения) присваивает пространственно-временные координаты событиям вдали от себя. совпадения между этими событиями и местными особенностями тела отсчета.
Это различие между наблюдателем и «аппаратом» наблюдателя, таким как системы координат, инструменты измерения и т. д. , было опущено многими более поздними авторами, и сегодня термин «наблюдатель» обычно используется для обозначения связанной с наблюдателем системы координат (обычно предполагается, что это координатная решетка, построенная из ортонормированного правого набора пространственноподобных векторов, перпендикулярных времениподобному вектору ( полю кадра ), см. Доран [2] ). Там, где Эйнштейн говорил о «наблюдателе, который принимает поезд в качестве своего тела отсчета» или «наблюдателе, находящемся в начале системы координат», эта группа современных писателей говорит, например, что «наблюдатель представлен системой координат в четыре переменные пространства и времени» [3] или «наблюдатель в кадре S обнаруживает, что определенное событие A происходит в начале его системы координат». [4] Однако по этому вопросу нет единогласия: ряд авторов продолжают отдавать предпочтение различению наблюдателя (как понятия, связанного с состоянием движения ) от более абстрактного общего математического понятия системы координат (которое может быть, но не обязательно). быть связанным с движением). Этот подход уделяет больше внимания множеству вариантов описания, доступных наблюдателю. Тогда наблюдатель идентифицируется с системой отсчета наблюдения , а не с комбинацией системы координат, измерительного прибора и состояния движения. [5] [6] [7] [8] [9]
Было также высказано предположение, что термин «наблюдатель» устарел и его следует заменить группой наблюдателей (или семьей наблюдателей ), в которой каждый наблюдатель проводит наблюдения в непосредственной близости от него, где задержки незначительны, сотрудничая с остальными участниками. команда устанавливает синхронизированные часы во всей области наблюдения, и все члены команды отправляют свои различные результаты обратно в сборщик данных для синтеза. [10]
«Наблюдатель» как форма относительных координат [ править ]
Относительное направление — это концепция, встречающаяся во многих человеческих языках. В английском языке при описании пространственного положения объекта могут использоваться такие термины, как «левый» и «правый», которые относятся к говорящему или к конкретному объекту или перспективе (например, «слева от вас, когда вы смотрите на входная дверь»).
Степень субъективности такого описания довольно неуловима. См. « Проблему Озмы» для иллюстрации этого.
Некоторыми безличными примерами относительного направления в языке являются морские термины нос , корма , левый и правый борт . Это относительные пространственные термины эгоцентрического типа, но они не затрагивают эго: у корабля есть нос, корма, левый и правый борт, даже когда на борту никого нет.
Утверждения специальной теории относительности, включающие «наблюдателя», в некоторой степени формулируют аналогичный вид безличного относительного направления. «Наблюдатель» — это перспектива в том смысле, что это контекст, из которого оцениваются события в других инерциальных системах отсчета, но это не та перспектива, которая была бы у отдельного конкретного человека: она не локализована и не связана с какой-либо точкой отсчета. конкретную точку пространства, а скорее целую инерциальную систему отсчета, которая может существовать где угодно во Вселенной (с учетом некоторых длинных математических спецификаций и оговорок).
в других Использование дисциплинах научных
Термин наблюдатель также имеет особое значение в других областях науки, таких как квантовая механика и теория информации . См., например, кота Шрёдингера и демона Максвелла .
В общей теории относительности термин «наблюдатель» чаще относится к человеку (или машине), выполняющему пассивные локальные измерения, и это использование гораздо ближе к обычному английскому значению этого слова. В квантовой механике «наблюдение» является синонимом квантового измерения , а «наблюдатель» — с помощью измерительного прибора и наблюдаемого — с помощью того, что можно измерить. Этот конфликт обычаев в физике иногда является источником путаницы.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ Альберт Эйнштейн, Относительность: специальная и общая теория .
- ^ Крис Доран и Энтони Ласенби (2003). Геометрическая алгебра для физиков . Издательство Кембриджского университета. п. §5.2.2, с. 133. ИСБН 978-0-521-71595-9 . .
- ^ Ричард Молд (2001). Основная теория относительности . Спрингер. п. 21. ISBN 0-387-95210-1 .
- ^ Ричард Л. Фабер (1983). Дифференциальная геометрия и теория относительности: введение . ЦРК Пресс. п. 134. ИСБН 0-8247-1749-Х .
- ^ А. Кумар, Шриш Барв (2003). Как и почему в базовой механике . Ориент Лонгман. п. 115. ИСБН 81-7371-420-7 .
- ^ Жан Салансон, Стивен Лайл (2001). Справочник по механике сплошных сред: общие понятия, термоупругость . Спрингер. п. 9. ISBN 3-540-41443-6 .
- ^ Корниль, Патрик (1993). «Неоднородные волны и уравнения Максвелла» . В Лахтакии Ахлеш (ред.). Очерки формальных аспектов электромагнитной теории . Всемирная научная. п. 149. ИСБН 981-02-0854-5 .
- ^ Нерлих, Грэм (1994). Что объясняет пространство-время: Метафизические очерки о пространстве и времени . Издательство Кембриджского университета. п. 64. ИСБН 0-521-45261-9 .
- ^ Хан-Чин Ву (2005). Механика сплошной среды и пластичность . ЦРК Пресс. п. 165. ИСБН 1-58488-363-4 .
- ^ Оливер Дэвис Джонс (2005). Аналитическая механика для теории относительности и квантовой механики . Издательство Оксфордского университета. п. 318. ИСБН 0-19-856726-Х .