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 передняя 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).
других научных дисциплинах Использование в
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), производящему пассивные локальные измерения, и это использование намного 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 .