Наблюдатель (специальная теория относительности) - Observer (special relativity)
В специальной теории относительности , наблюдатель является системой отсчета , от которого множество объектов или событий измеряются. 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 значительно 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 наблюдателе (в особом релятивистском смысле), имеющем место. Кроме того, инерционный наблюдатель не может ускориться в более позднее время, равно как и ускоряющийся наблюдатель не может прекратить ускорение.
Физики используют термин «наблюдатель» как сокращение для определенной системы отсчета, из которой измеряется набор объектов или событий. Говоря о наблюдателе в специальной теории относительности, мы не подразумеваем гипотезу о конкретном человеке, переживающем события, а, скорее, это особый математический контекст, из которого следует оценивать объекты и события. Эффекты специальной теории относительности возникают независимо от того, есть ли в инерциальной системе отсчета живое существо, которое могло бы их засвидетельствовать.
История
Эйнштейн часто использовал слово «наблюдатель» ( Beobachter ) в своей оригинальной статье 1905 года по специальной теории относительности и в своем раннем популярном изложении этого предмета. Однако он использовал этот термин в его просторечии, имея в виду, например, «человека у окна вагона» или «наблюдателей, которые принимают железнодорожный поезд в качестве своего тела отсчета», или «наблюдателя внутри, оснащенного аппаратурой». Здесь эталонное тело или система координат - физическое устройство измерителей и часов, которое покрывает область пространства-времени, где происходят события, - отличается от наблюдателя - экспериментатора, который присваивает пространственно-временные координаты событиям, далеким от себя, путем наблюдения (буквально видя) совпадения между этими событиями и местными особенностями тела отсчета.
Это различие между наблюдателем и «аппаратом» наблюдателя, таким как системы координат, измерительные инструменты и т. Д., Было отброшено многими более поздними авторами, и сегодня часто встречается термин «наблюдатель», используемый для обозначения связанной с наблюдателем системы координат (обычно предполагаемой координатная решетка, построенная из ортонормированного правостороннего набора пространственноподобных векторов, перпендикулярных времениподобному вектору ( поле фрейма ), см. Доран). Там, где Эйнштейн называл «наблюдателя, который принимает поезд в качестве своего эталонного тела», или «наблюдателя, находящегося в начале системы координат», эта группа современных авторов говорит, например, что «наблюдатель представлен системой координат в четыре переменные пространства и времени »или« наблюдатель в системе отсчета S обнаруживает, что определенное событие A происходит в начале его системы координат ». Однако по этому поводу нет единства, и ряд авторов по-прежнему предпочитают различать наблюдателя (как понятие, относящееся к состоянию движения ) от более абстрактного общего математического понятия системы координат (которое может быть, но не обязательно). быть, связанным с движением). Этот подход делает больший упор на множество вариантов описания, доступных наблюдателю. Затем наблюдатель идентифицируется с системой отсчета наблюдений , а не с комбинацией системы координат, измерительного устройства и состояния движения.
Также было высказано предположение, что термин «наблюдатель» устарел и должен быть заменен группой наблюдателей (или семьей наблюдателей ), в которой каждый наблюдатель проводит наблюдения в непосредственной близости от него, где задержки незначительны, сотрудничая с остальной частью команда для установки синхронизированных часов по всей области наблюдения, и все члены команды отправляют свои различные результаты обратно в сборщик данных для синтеза.
«Наблюдатель» как форма относительных координат
Относительное направление - это концепция, встречающаяся во многих человеческих языках. На английском языке описание пространственного расположения объекта может использовать такие термины, как «левый» и «правый», которые относятся к говорящему или относительно конкретного объекта или перспективы (например, «слева от вас, когда вы смотрите на передняя дверь.")
Степень субъективности такого описания довольно тонка. См. Иллюстрацию к проблеме Озмы .
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 связаны с эго: есть нос, корма, левый и правый борт корабля, даже когда на борту никого нет.
Утверждения специальной теории относительности с участием «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, которую мог бы иметь отдельный конкретный человек: она не локализована и не связана с конкретная точка в пространстве, а скорее с целой инерциальной системой отсчета, которая может существовать где угодно во Вселенной (с учетом некоторых пространных математических уточнений и оговорок).
Использование в других научных дисциплинах
Термин наблюдатель также имеет особое значение в других областях науки, таких как квантовая механика и теория информации . См., Например, кота Шредингера и демона Максвелла .
В общей теории относительности термин «наблюдатель» чаще относится к человеку (или машине), производящему пассивные локальные измерения, что гораздо ближе к обычному английскому значению этого слова. В квантовой механике «наблюдение» является синонимом квантового измерения, а «наблюдатель» - измерительным прибором, а наблюдаемое - тем, что можно измерить. Этот конфликт обычаев в физике иногда является источником путаницы.