Observador

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Em física , um observador é qualquer ente capaz de realizar medidas de magnitudes físicas de um sistema físico para obter informação sobre o estado físico de dito sistema.

Por "abuso de linguagem" também se denomina observador à descrição matemática de um desses entes capazes de fazer medidas. Dados dois observadores um problema fundamental é estabelecer as leis de transformação necessárias para relacionar as medidas de diferentes observadores.

Conteúdo

1 Observadores em Mecânica clássica
- 1.1 Mecânica newtoniana
- 1.2 Mecânica de meios contínuos
2 Observadores em Mecânica relativista
3 Observadores em Mecânica cuántica
4 Enlaces externos

Observadores em Mecânica clássica

Os observadores em mecânica clássica têm duas propriedades fundamentais:

Tempo absoluto. Todos os obsevadores compartilham uma referência temporária, ou tempo absoluto, isto é, existe uma magnitude escalar chamada tempo que tem o mesmo valor invariante para todos os observadores com independência de seu estado de movimento.
Discrecionalidad da medida. É possível conceber, ao menos em teoria, um procedimento de medida arbitrariamente exacto, tal que qualquer que seja a magnitude física observada no processo de medida não altera o estado físico. Isto é, podem tratar-se discrecionalmente ao observador e ao sistema físico observado.

Mecânica newtoniana

Em mecânica newtoniana um observador é qualquer sujeito ou aparelho de medir sócio a um sistema de referência cartesiano (ainda que podemos definir sistemas de referência não cartesianos, não costumam usar no marco da mecânica newtoniana). Ademais em mecânica newtoniana existem um tipo de observadores "privilegiados chamados observadores inerciales (ainda que um sistema de referência cartesiano pode ser inercial ou não-inercial).

Os sistemas de referência inerciales têm a particularidade de que neles se satisfazem directamente as leis de Newton. Em mudança nos sistemas não-inerciales, a soma de forças reais não iguala à o produto da massa pela aceleração da partícula. Aliás um observador não-inercial que tratasse de estudar o movimento de uma partícula a partir das leis de Newton ver-se-ia obrigado a introduzir certas forças aparentes ou forças ficticias que somadas às forças reais se verificariam então as leis de Newton.

Mecânica de meios contínuos

No estudo da deformação na mecânica de meios contínuos empregam-se comummente dois sistemas de coordenadas diferentes:

As coordenadas lagrangianas ou materiais.
As coordenadas eulerianas ou espaciais.

Observadores em Mecânica relativista

Das duas propriedades fundamentais dos observadores da mecânica clássica: a propriedade do tempo absoluto e a discrecionalidad da medida, em mecânica relativista só se mantém a segunda. Já que devido ao carácter relativo do espaço e o tempo os observadores não pode se definir um tempo absoluto independente do observador, senão que a cada um tem seu tempo próprio.

Em mecânica relativista um observador de uma região do espaço tempo vem caracterizado por uma secção do fibrado de bases ortonormales do espaço tangente à cada ponto [da variedade diferenciable que representa] o espaço-tempo curvo. Assim um observador seria uma atribuição à cada ponto do espaço tempo de quatro campos vectoriais contínuos mutuamente ortogonais, que representariam os "eixos de coordenadas" usados para esse ponto. Matematicamente estes campos vectoriais formam um marco móvel. A condição de que o observador seja fisicamente realizable, mediante intrumentos e aparelhos de medida, é que um estes campos vectoriais seja pára todo o ponto do espaço tempo um vetor temporário. Um observador por tanto poderia representar sobre uma região com coordenadas x^μ como:

$\left\{ e_0(x^\mu), e_1(x^\mu), e_2(x^\mu), e_3(x^\mu) \right\}_{obs}$

Onde:

$g(e_0,e_0) < 0, \qquad g(e_i,e_i) < 0 \quad (i \in \left\{1,2,3 \right \}$

A objetvidad física do espaço tempo, ou mais propriamente intersubjetividad das medidas, implica que ao ser observado um mesmo fenómeno físico por diferentes observadores as medidas realizadas por estes devem ser relacionables por regras fixas, conhecidas como leis de transformação conformes a se a magnitude física é de tipo escalar, vectorial ou propriamente tensorial.

Se os sistemas de eixos ortogonais usados por dois observadores vêm dados por e $\left \{ \hat{e}_0, \hat{e}_1 \hat{e}_2, \hat{e}_3\right\}_{obs 1}$ $\left\{ \bar{e}_0, \bar{e}_1 \bar{e}_2, \bar{e}_3 \right\}_{obs 2}$ , as componentes físicas de um tensor qualquer T virão dadas por em os dois sistemas de coordenadas serão diferentes:

$T = \hat{T}_{\alpha_{1},...\alpha_{m}}^{\beta_{1}...\beta_{n}} \quad \hat{e}_{\alpha_1} \otimes ... \otimes \hat{e}_{\alpha_m} \otimes \hat{\theta}^{\beta_1} \otimes ... \otimes \hat{\theta}^{\beta_n}$

$T = \bar{T}_{\alpha_{1},...\alpha_{m}}^{\beta_{1}...\beta_{n}} \quad \bar{e}_{\alpha_1} \otimes ... \otimes \bar{e}_{\alpha_m} \otimes \bar{\theta}^{\beta_1} \otimes ... \otimes \bar{\theta}^{\beta_n}$

$\hat{T}_{\alpha_{1},...\alpha_{m}}^{\beta_{1}...\beta_{n}} \ne \bar{T}_{\alpha_{1},...\alpha_{m}}^{\beta_{1}...\beta_{n}}$

Onde temos usado o convênio de sumación de Einstein e:
$\left \{ \hat{\theta}^0, \hat{\theta}^1 \hat{\theta}^2, \hat{\theta}^3\right\}_{obs 1}$ , base dual de , $\left \{ \hat{e}_0, \hat{e}_1 \hat{e}_2, \hat{e}_3\right\}_{obs 1}$ definida por: $\hat{\theta}^\beta(\hat{e}_\alpha) = \delta_\alpha^\beta$ .
$\left\{ \bar{\theta}^0, \bar{\theta}^1 \bar{\theta}^2, \bar{\theta}^3 \right\}_{obs 2}$ , base dual de , $\left\{ \bar{e}_0, \bar{e}_1 \bar{e}_2, \bar{e}_3 \right\}_{obs 2}$ definida por: $\bar{\theta}^\beta(\bar{e}_\alpha) = \delta_\alpha^\beta$

No entanto, as componentes medidas pelo observador 1 e o observador 2 pelo princípio de objetividad da realidade física estarão relacioandas da seguinte maneira (novamente usa-se a convenção de Einstein):

$\bar{T}_{\alpha_{1},...\alpha_{m}}^{\beta_{1}...\beta_{n}} = \hat{T}_{\alpha'_{1},...\alpha'_{m}}^{\beta'_{1}...\beta'_{n}} \quad {A^T}_{\beta'_{1}}^{\beta_{1}}...{A^T}_{\beta'_{n}}^{\beta_{n}} A_{\alpha_{1}}^{\alpha'_{1}}...A_{\alpha_{n}}^{\alpha'_{n}}$

Onde A representa a matriz mudo de base, entre as bases vectoriais dadas para o observador 1 e o observador 2. Por exemplo se consideramos só observadores inerciales dentro da teoria da relatividad especial a matriz A é simplesmente uma transformação de Lorentz.

Observadores em Mecânica cuántica

Em mecânica cuántica dos dois supostos fundamentais dos observadores da mecânica cuántica, o de discrecionalidad da medida resulta inaceitável (em mudança o do tempo absoluto é usado em mecânica cuántica não relativista, mas não é aceitável em mecânica cuántica relativista.

A falta de discrecionalidad da medida ocasiona complicações, recolhidas nos postulados III e IV e que em conjunto afirmam que o resultado de uma magnitude física não tem que ter um valor determinado e fixo para um observador. O resultado de uma medida é uma variável aleatória ainda que sua distribuição de probabilidade geralmente sim é conhecida, ademais durante o processo de medida o sistema experimenta uma evolução não determinista e impredictible (no intervalo entre medidas em mudança o sistema evolui de acordo com a equação de Schrödinger tal como afirma o postulado V).