संदर्भ विन्यास

भौतिकी और खगोल विज्ञान में, संदर्भ का एक फ्रेम (या संदर्भ फ्रेम) एक सार समन्वय प्रणाली है जिसका मूल (गणित), अभिविन्यास (ज्यामिति), और स्केल (ज्यामिति) संदर्भ बिंदुओं के एक सेट द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है - बिंदु (ज्यामिति) जिसका स्थान (ज्यामिति) को गणितीय रूप से (संख्यात्मक निर्देशांक मानों के साथ) और भौतिक रूप से (पारंपरिक मार्करों द्वारा संकेतित) दोनों के रूप में पहचाना जाता है।

एन आयामों के लिए, n + 1 संदर्भ बिंदु पूरी तरह से संदर्भ फ्रेम को परिभाषित करने के लिए पर्याप्त हैं। कार्तीय समन्वय प्रणाली का उपयोग करते हुए, एक संदर्भ फ्रेम को मूल पर एक संदर्भ बिंदु के साथ परिभाषित किया जा सकता है और प्रत्येक एन समन्वय अक्ष (गणित) के साथ एक इकाई दूरी पर एक संदर्भ बिंदु। सापेक्षता के सिद्धांत में, संदर्भ फ्रेम का उपयोग एक गतिमान पर्यवेक्षक (विशेष सापेक्षता) और अवलोकन के तहत घटना के बीच संबंध को निर्दिष्ट करने के लिए किया जाता है। इस संदर्भ में, शब्द अक्सर अवलोकन संबंधी संदर्भ (या अवलोकन संबंधी संदर्भ फ्रेम) बन जाता है, जिसका अर्थ है कि पर्यवेक्षक फ्रेम में आराम कर रहा है, हालांकि जरूरी नहीं कि वह इसके मूल (गणित) में स्थित हो। एक सापेक्षतावादी संदर्भ फ्रेम में समन्वय समय शामिल (या तात्पर्य) होता है, जो विभिन्न संदर्भ फ्रेमों में एक दूसरे के सापेक्ष गति के बराबर नहीं होता है। इस प्रकार स्थिति गैलीलियन आक्रमण से भिन्न होती है, जिसमें सभी संभव समन्वय समय अनिवार्य रूप से समतुल्य होते हैं।

परिभाषा
संदर्भ के फ्रेम के विभिन्न अर्थों के बीच अंतर करने की आवश्यकता ने कई तरह के शब्दों को जन्म दिया है। उदाहरण के लिए, कभी-कभी समन्वय प्रणाली का प्रकार संशोधक के रूप में जुड़ा होता है, जैसा कि कार्टेशियन फ्रेम ऑफ रेफरेंस में होता है। कभी-कभी गति की स्थिति पर बल दिया जाता है, जैसा कि घूर्णन संदर्भ फ्रेम में होता है। कभी-कभी जिस तरह से यह संबंधित माने जाने वाले फ्रेम में बदल जाता है, उस पर संदर्भ के गैलिलियन फ्रेम के रूप में जोर दिया जाता है। कभी-कभी फ्रेम को उनके अवलोकन के पैमाने से अलग किया जाता है, जैसे संदर्भ के मैक्रोस्कोपिक और सूक्ष्म फ्रेम में। इस लेख में, संदर्भ के अवलोकन संबंधी फ्रेम शब्द का उपयोग तब किया जाता है जब जोर गति की स्थिति पर होता है न कि समन्वय विकल्प या टिप्पणियों या अवलोकन तंत्र के चरित्र पर। इस अर्थ में, संदर्भ का एक अवलोकन संबंधी ढांचा समन्वय प्रणालियों के पूरे परिवार पर गति के प्रभाव का अध्ययन करने की अनुमति देता है जो इस फ्रेम से जुड़ा हो सकता है। दूसरी ओर, एक समन्वय प्रणाली को कई उद्देश्यों के लिए नियोजित किया जा सकता है जहां गति की स्थिति प्राथमिक चिंता का विषय नहीं है। उदाहरण के लिए, एक प्रणाली की समरूपता का लाभ उठाने के लिए एक समन्वय प्रणाली को अपनाया जा सकता है। अभी भी व्यापक परिप्रेक्ष्य में, भौतिकी में कई समस्याओं का सूत्रीकरण सामान्यीकृत निर्देशांक, सामान्य मोड या ईजेनवेक्टरों को नियोजित करता है, जो केवल अप्रत्यक्ष रूप से स्थान और समय से संबंधित हैं। नीचे दी गई चर्चा के लिए संदर्भ फ्रेम के विभिन्न पहलुओं को तलाक देना उपयोगी लगता है। इसलिए हम संदर्भ के प्रेक्षणात्मक ढाँचे लेते हैं, समन्वय प्रणाली, और प्रेक्षण उपकरण को स्वतंत्र अवधारणाओं के रूप में लेते हैं, जिन्हें नीचे के रूप में अलग किया गया है:


 * एक अवलोकन फ्रेम (जैसे एक जड़त्वीय फ्रेम या संदर्भ के गैर-जड़त्वीय फ्रेम) गति की स्थिति से संबंधित एक भौतिक अवधारणा है।
 * एक समन्वय प्रणाली एक गणितीय अवधारणा है, जो अवलोकनों का वर्णन करने के लिए उपयोग की जाने वाली भाषा की पसंद के बराबर होती है। नतीजतन, संदर्भ के एक अवलोकन संबंधी फ्रेम में एक पर्यवेक्षक संदर्भ के उस फ्रेम से बने अवलोकनों का वर्णन करने के लिए किसी भी समन्वय प्रणाली (कार्टेसियन, ध्रुवीय, घुमावदार, सामान्यीकृत, ...) को नियोजित करना चुन सकता है। इस समन्वय प्रणाली की पसंद में बदलाव से पर्यवेक्षक की गति की स्थिति में बदलाव नहीं होता है, और इसलिए पर्यवेक्षक के अवलोकन के संदर्भ में बदलाव की आवश्यकता नहीं होती है। यह दृष्टिकोण अन्यत्र भी पाया जा सकता है। जो विवादित नहीं है कि कुछ समन्वय प्रणालियां कुछ अवलोकनों के लिए दूसरों की तुलना में बेहतर विकल्प हो सकती हैं।


 * क्या मापना है और किस अवलोकन तंत्र के साथ चयन करना पर्यवेक्षक की गति की स्थिति और समन्वय प्रणाली की पसंद से अलग मामला है।

समन्वय प्रणाली
यद्यपि शब्द समन्वय प्रणाली का उपयोग अक्सर (विशेष रूप से भौतिकविदों द्वारा) एक गैर-तकनीकी अर्थ में किया जाता है, शब्द समन्वय प्रणाली का गणित में सटीक अर्थ होता है, और कभी-कभी भौतिक विज्ञानी का भी यही अर्थ होता है।

गणित में एक समन्वय प्रणाली ज्यामिति या बीजगणित का एक पहलू है, विशेष रूप से, कई गुना की संपत्ति (उदाहरण के लिए, भौतिकी में, विन्यास स्थान (भौतिकी)भौतिकी) या चरण स्थान)।  एक 'एन'-डायमेंशनल स्पेस में एक बिंदु आर की कार्टेशियन समन्वय प्रणाली केवल 'एन' संख्याओं का एक क्रमबद्ध सेट है:  : $$\mathbf{r} = [x^1,\ x^2,\ \dots,\ x^n].$$ एक सामान्य बनच स्थान में, ये संख्याएँ (उदाहरण के लिए) फूरियर श्रृंखला जैसे कार्यात्मक विस्तार में गुणांक हो सकती हैं। एक भौतिक समस्या में, वे अंतरिक्ष समय निर्देशांक या सामान्य मोड एम्पलीट्यूड हो सकते हैं। रोबोटिक्स में, वे सापेक्ष घूर्णन, रैखिक विस्थापन, या लिंकेज (मैकेनिकल) के विकृतियों के कोण हो सकते हैं। यहां हम मान लेंगे कि ये निर्देशांक कार्यों के एक सेट द्वारा कार्टेशियन समन्वय प्रणाली से संबंधित हो सकते हैं:


 * $$x^j = x^j (x,\ y,\ z,\ \dots),\quad j = 1,\ \dots,\ n,$$

जहाँ x, y, z, आदि बिंदु के n कार्तीय निर्देशांक हैं। इन कार्यों को देखते हुए, 'समन्वय सतहों' को संबंधों द्वारा परिभाषित किया गया है:


 * $$ x^j (x, y, z, \dots) = \mathrm{constant},\quad j = 1,\ \dots,\ n.$$

इन सतहों का प्रतिच्छेदन समन्वय रेखाओं को परिभाषित करता है। किसी भी चयनित बिंदु पर, उस बिंदु पर प्रतिच्छेदी निर्देशांक रेखाओं की स्पर्शरेखाएँ आधार सदिशों के एक सेट को परिभाषित करती हैं {e1, यह है2, …, यह हैn} उस बिंदु पर। वह है:
 * $$\mathbf{e}_i(\mathbf{r}) = \lim_{\epsilon \rightarrow 0} \frac{\mathbf{r}\left(x^1,\ \dots,\ x^i + \epsilon,\ \dots,\ x^n\right) - \mathbf{r}\left(x^1,\ \dots,\ x^i,\ \dots ,\ x^n\right)}{\epsilon},\quad i = 1,\ \dots,\ n,$$

जिसे इकाई लंबाई का सामान्यीकृत किया जा सकता है। अधिक विवरण के लिए वक्ररेखीय निर्देशांक#सहपरिवर्ती आधार देखें।

समन्वय सतह, समन्वय रेखाएँ और आधार (रैखिक बीजगणित) एक समन्वय प्रणाली के घटक हैं। यदि आधार वैक्टर हर बिंदु पर ओर्थोगोनल हैं, तो समन्वय प्रणाली एक ओर्थोगोनल निर्देशांक है।

एक समन्वय प्रणाली का एक महत्वपूर्ण पहलू इसका मीट्रिक टेंसर जी हैik, जो अपने निर्देशांक के संदर्भ में समन्वय प्रणाली में चाप की लंबाई ds निर्धारित करता है:
 * $$(ds)^2 = g_{ik}\ dx^i\ dx^k,$$

जहां दोहराए गए सूचकांकों का योग किया जाता है।

जैसा कि इन टिप्पणियों से स्पष्ट है, एक समन्वय प्रणाली एक आदर्श सिद्धांत है, एक स्वयंसिद्ध प्रणाली का हिस्सा है। समन्वय प्रणालियों और भौतिक गति (या वास्तविकता के किसी अन्य पहलू) के बीच कोई आवश्यक संबंध नहीं है। हालांकि, समन्वय प्रणाली समय को एक समन्वय के रूप में शामिल कर सकती है, और इसका उपयोग गति का वर्णन करने के लिए किया जा सकता है। इस प्रकार, लोरेंत्ज़ परिवर्तनों और गैलीलियन परिवर्तनों को समन्वय प्रणाली # परिवर्तन के रूप में देखा जा सकता है।

संदर्भ का अवलोकन ढांचा
संदर्भ का एक पर्यवेक्षणीय फ्रेम, जिसे अक्सर 'संदर्भ का भौतिक फ्रेम', 'संदर्भ का फ्रेम', या बस एक 'फ्रेम' के रूप में संदर्भित किया जाता है, एक पर्यवेक्षक और पर्यवेक्षक की स्थिति से संबंधित एक भौतिक अवधारणा है। गति का। यहां हम कुमार और बर्वे द्वारा व्यक्त किए गए दृष्टिकोण को अपनाते हैं: संदर्भ का एक अवलोकन तंत्र 'केवल इसकी गति की स्थिति' की विशेषता है। हालाँकि, इस बिंदु पर एकमत का अभाव है। विशेष सापेक्षता में, कभी-कभी पर्यवेक्षक और फ्रेम के बीच भेद किया जाता है। इस दृष्टिकोण के अनुसार, एक फ्रेम एक पर्यवेक्षक प्लस एक समन्वित जाली है जो एक टाइमलाइक वेक्टर के लंबवत स्पेसलाइक वैक्टर के ऑर्थोनॉर्मल राइट-हैंडेड सेट के रूप में निर्मित होता है। डोरान देखें। इस प्रतिबंधित दृश्य का यहां उपयोग नहीं किया गया है, और सापेक्षता की चर्चाओं में भी इसे सार्वभौमिक रूप से अपनाया नहीं गया है। सामान्य सापेक्षता में सामान्य समन्वय प्रणालियों का उपयोग आम है (देखें, उदाहरण के लिए, एक पृथक क्षेत्र के बाहर गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के लिए कार्ल श्वार्जचाइल्ड समाधान ).

अवलोकन संबंधी संदर्भ फ्रेम दो प्रकार के होते हैं: संदर्भ के जड़त्वीय फ्रेम और गैर-जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम | गैर-जड़त्वीय। संदर्भ के जड़त्वीय तंत्र को एक ऐसे फ्रेम के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें भौतिकी के सभी नियम अपने सरलतम रूप धारण कर लेते हैं। विशेष सापेक्षता में ये फ्रेम लोरेंत्ज़ परिवर्तनों से संबंधित हैं, जो कि तेज़ी द्वारा पैरामीट्रिज्ड हैं। न्यूटोनियन यांत्रिकी में, एक अधिक प्रतिबंधित परिभाषा के लिए केवल यह आवश्यक है कि न्यूटन का पहला नियम सही हो; अर्थात्, एक न्यूटोनियन जड़त्वीय फ्रेम वह है जिसमें एक मुक्त कण निरंतर गति से एक सीधी रेखा में यात्रा करता है, या आराम पर है। ये फ्रेम गैलिलियन परिवर्तनों से संबंधित हैं। ये आपेक्षिकवादी और न्यूटोनियन रूपांतरण पोंकारे समूह के प्रतिनिधित्व सिद्धांत के प्रतिनिधित्व सिद्धांत के संदर्भ में सामान्य आयाम के रिक्त स्थान में व्यक्त किए गए हैं | पोंकारे समूह और गैलिलियन समूह के प्रतिनिधित्व सिद्धांत के संदर्भ में।

जड़त्वीय ढाँचे के विपरीत, गैर-जड़त्वीय ढाँचा एक ऐसा ढाँचा है जिसमें प्रेक्षणों की व्याख्या करने के लिए काल्पनिक शक्तियों का प्रयोग किया जाना चाहिए। एक उदाहरण संदर्भ का एक अवलोकन फ्रेम है जो पृथ्वी की सतह पर एक बिंदु पर केंद्रित है। संदर्भ का यह फ्रेम पृथ्वी के केंद्र के चारों ओर परिक्रमा करता है, जो कोरिओलिस बल, केन्द्रापसारक बल और गुरुत्वाकर्षण बल के रूप में जानी जाने वाली काल्पनिक शक्तियों का परिचय देता है। (गुरुत्वाकर्षण सहित ये सभी बल वास्तव में जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में गायब हो जाते हैं, जो मुक्त-पतन में से एक है।)

माप उपकरण
संदर्भ के एक फ्रेम का एक और पहलू मैट्रोलोजी (उदाहरण के लिए, घड़ियां और छड़ें) की भूमिका है जो फ्रेम से जुड़ा हुआ है (ऊपर नॉर्टन उद्धरण देखें)। इस प्रश्न को इस लेख में संबोधित नहीं किया गया है, और क्वांटम यांत्रिकी में मापन में विशेष रुचि है, जहां पर्यवेक्षक और माप के बीच संबंध अभी भी चर्चा में है (माप समस्या देखें)।

भौतिकी प्रयोगों में, संदर्भ के फ्रेम जिसमें प्रयोगशाला माप उपकरणों को आराम पर रखा जाता है, आमतौर पर प्रयोगशाला फ्रेम या केवल प्रयोगशाला फ्रेम के रूप में जाना जाता है। एक उदाहरण वह फ्रेम होगा जिसमें कण त्वरक के लिए डिटेक्टर आराम पर हैं। कुछ प्रयोगों में प्रयोगशाला फ्रेम एक जड़त्वीय फ्रेम है, लेकिन यह होना आवश्यक नहीं है (उदाहरण के लिए कई भौतिकी प्रयोगों में पृथ्वी की सतह पर प्रयोगशाला जड़त्वीय नहीं है)। कण भौतिकी प्रयोगों में, यह अक्सर लैब फ्रेम से ऊर्जा और कणों के संवेग को बदलने के लिए उपयोगी होता है, जहां उन्हें मापा जाता है, संवेग फ्रेम COM फ्रेम के केंद्र में, जिसमें गणना कभी-कभी सरल होती है, क्योंकि संभावित रूप से सभी गतिज ऊर्जा अभी भी COM में मौजूद हैं। नए कण बनाने के लिए फ्रेम का उपयोग किया जा सकता है।

इस संबंध में यह ध्यान दिया जा सकता है कि विचार में पर्यवेक्षकों के मापन उपकरण का वर्णन करने के लिए अक्सर घड़ियों और छड़ों का उपयोग किया जाता है, अभ्यास में इसे एक अधिक जटिल और अप्रत्यक्ष मेट्रोलॉजी द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो खालीपन की प्रकृति से जुड़ा होता है, और परमाणु घड़ियों का उपयोग करता है मानक मॉडल के अनुसार काम करते हैं और गुरुत्वाकर्षण समय फैलाव के लिए इसे ठीक किया जाना चाहिए। (दूसरा, मीटर और किलोग्राम देखें)।

वास्तव में, आइंस्टीन ने महसूस किया कि घड़ियाँ और छड़ें केवल समीचीन मापने वाले उपकरण थे और उन्हें परमाणु और अणुओं के आधार पर अधिक मौलिक संस्थाओं द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए।

सामान्यीकरण
ब्रेडिंग और कैस्टेलानी द्वारा चर्चा को सरल अंतरिक्ष-समय समन्वय प्रणालियों से परे ले जाया गया है। सामान्यीकृत निर्देशांकों का उपयोग करते हुए समन्वय प्रणालियों का विस्तार हैमिल्टन के सिद्धांत और Lagrangian यांत्रिकी योगों को रेखांकित करता है क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत, शास्त्रीय यांत्रिकी और क्वांटम गुरुत्वाकर्षण।

उदाहरण

 * अंतर्राष्ट्रीय स्थलीय संदर्भ फ़्रेम
 * अंतर्राष्ट्रीय आकाशीय संदर्भ फ़्रेम
 * द्रव यांत्रिकी में, प्रवाह क्षेत्र के Lagrangian और Eulerian विनिर्देश


 * अन्य फ्रेम
 * सामान्य सापेक्षता में फ़्रेम फ़ील्ड
 * मूविंग फ्रेम

यह भी देखें

 * विश्लेषणात्मक यांत्रिकी
 * अनुप्रयुक्त यांत्रिकी
 * कार्तीय समन्वय प्रणाली
 * सेंटर-ऑफ-मोमेंटम फ्रेम
 * अपकेन्द्रीय बल
 * सेंट्ररपेटल फ़ोर्स
 * शास्त्रीय यांत्रिकी
 * कोरिओलिस बल
 * वक्रीय निर्देशांक
 * डेटम संदर्भ
 * [[गतिकी (भौतिकी)]]
 * फ्रेनेट-सीरेट सूत्र
 * गैलिलियन आक्रमण
 * सामान्य सापेक्षता
 * सामान्यीकृत निर्देशांक
 * सामान्यीकृत बल
 * जिओडेटिक संदर्भ फ्रेम
 * संदर्भ का जड़त्वीय ढांचा
 * स्थानीय निर्देशांक
 * सामग्री फ्रेम-उदासीनता
 * रॉड और फ्रेम टेस्ट
 * गतिकी
 * संदर्भ के प्रयोगशाला फ्रेम
 * लोरेंत्ज़ परिवर्तन
 * मच का सिद्धांत
 * ऑर्थोगोनल निर्देशांक
 * सापेक्षता का सिद्धांत
 * क्वांटम संदर्भ फ्रेम