अवलोकनीय

This article is about भौतिकी में उपयोग. For सांख्यिकी में उपयोग, see अवलोकनीय वेरिएबल. For नियंत्रण सिद्धांत में उपयोग, see अवलोकनीयता. For सॉफ़्टवेयर अभियांत्रिकी में उपयोग, see प्रेक्षक प्रारूप.

भौतिकी में, प्रेक्षणीय एक भौतिक गुण या भौतिक मात्रा है जिसका मापन किया जा सकता है। उदाहरणों में स्थिति (वेक्टर) और संवेग सम्मिलित हैं। पारंपरिक यांत्रिकी द्वारा शासित प्रणालियों में, यह सभी संभावित सिस्टम स्थितियों के सेट पर वास्तविक-मानवान फलन है। क्वांटम भौतिकी में, यह एक ऑपरेटर, या गेज सिद्धांत है, जहां क्वांटम स्थिति के गुण को परिचालन परिभाषा के कुछ अनुक्रम द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, इन परिचालनों में सिस्टम को विभिन्न विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों में सबमिट करना और अंततः एक मान पढ़ना सम्मिलित हो सकता है।

भौतिक रूप से सार्थक अवलोकनों को परिवर्तन नियमों को भी पूरा करना चाहिए जो संदर्भ के विभिन्न फ़्रेमों में विभिन्न अवलोकनों द्वारा किए गए अवलोकनों से संबंधित हैं। ये परिवर्तन नियम अवस्था स्थान के ऑटोमोर्फिज्म हैं, जो कि आक्षेप परिवर्तन (गणित) है जो प्रश्न में स्पेस के कुछ गणितीय गुणों को संरक्षित करता है।

क्वांटम यांत्रिकी

क्वांटम भौतिकी में, वेधशालाएं क्वांटम अवस्थाओं के अवस्था स्थान (भौतिकी) का प्रतिनिधित्व करने वाले हिल्बर्ट स्पेस पर रैखिक ऑपरेटरों के रूप में प्रकट होती हैं। वेधशालाओं के आइगेनवैल्यूज़ ​​​​वास्तविक संख्याएं हैं जो संभावित मानों के अनुरूप हैं, प्रेक्षणीय द्वारा दर्शाए गए गतिशील वेरिएबल को होने के रूप में मापा जा सकता है। अर्थात्, क्वांटम यांत्रिकी में अवलोकन विशेष माप के परिणामों को वास्तविक संख्याएँ निर्दिष्ट करते हैं, जो सिस्टम की मापी गई क्वांटम स्थिति के संबंध में ऑपरेटर के आइगेनवैल्यू के अनुरूप होते हैं। परिणामस्वरूप, केवल कुछ माप ही किसी क्वांटम प्रणाली की किसी स्थिति के लिए प्रेक्षणीय वस्तु का मान निर्धारित कर सकते हैं। पारंपरिक यांत्रिकी में, किसी प्रेक्षणीय वस्तु का मान निर्धारित करने के लिए कोई भी माप किया जा सकता है।

क्वांटम प्रणाली की स्थिति और प्रेक्षणीय के मान के बीच संबंध के विवरण के लिए कुछ रैखिक बीजगणित की आवश्यकता होती है। क्वांटम यांत्रिकी के गणितीय सूत्रीकरण में, एक चरण स्थिरांक तक, शुद्ध अवस्थाएं हिल्बर्ट स्थान V में गैर-शून्य वेक्टर (ज्यामिति) द्वारा दी जाती हैं। दो वैक्टर 'v' और 'w' को एक ही स्थिति निर्दिष्ट करने के लिए माना जाता है और केवल यदि तभी जब कुछ गैर-शून्य $c\in \mathbb {C}$ के लिए $\mathbf {w} =c\mathbf {v}$ होता है। V पर स्व-सहायक ऑपरेटरों द्वारा अवलोकन दिए जाते हैं। प्रत्येक स्व-सहायक ऑपरेटर भौतिक रूप से सार्थक प्रेक्षणीय से मेल नहीं खाता है। इसके अतिरिक्त, सभी भौतिक अवलोकन गैर-तुच्छ स्व-सहायक ऑपरेटरों से जुड़े नहीं हैं। उदाहरण के लिए, क्वांटम सिद्धांत में, द्रव्यमान हैमिल्टनियन में पैरामीटर के रूप में प्रकट होता है, न कि गैर-तुच्छ ऑपरेटर के रूप में प्रकट होता है। प्राथमिक कणों की प्रणाली के स्थितियों में, स्पेस V में तरंग फलन या क्वांटम अवस्था नामक फलन सम्मिलित होते हैं।

क्वांटम यांत्रिकी में परिवर्तन नियमों के स्थितियों में, अपेक्षित ऑटोमोर्फिज्म हिल्बर्ट स्पेस V के एकात्मक ऑपरेटर (या एकात्मक विरोधी) रैखिक परिवर्तन हैं। गैलिलियन सापेक्षता या विशेष सापेक्षता के अनुसार, संदर्भ के फ्रेम का गणित विशेष रूप से सरल है, जो भौतिक रूप से सार्थक अवलोकनों के सेट को अधिक सीमा तक सीमित करता है।

क्वांटम यांत्रिकी में, प्रेक्षणीय वस्तुओं का मापन कुछ प्रतीत होता है कि सहज ज्ञान युक्त गुणों को प्रदर्शित करता है। विशेष रूप से, यदि कोई सिस्टम हिल्बर्ट स्पेस में वेक्टर द्वारा वर्णित स्थिति में है, तो माप प्रक्रिया अवस्था को गैर-नियतात्मक लेकिन सांख्यिकीय रूप से पूर्वानुमानित विधि से प्रभावित करती है। विशेष रूप से, माप प्रयुक्त होने के बाद, एकल वेक्टर द्वारा अवस्था विवरण को नष्ट किया जा सकता है, जिसे सांख्यिकीय समूह द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। क्वांटम भौतिकी में माप संचालन की प्रतिवर्ती प्रक्रिया (थर्मोडायनामिक्स) प्रकृति को कभी-कभी माप समस्या के रूप में संदर्भित किया जाता है और क्वांटम संचालन द्वारा गणितीय रूप से वर्णित किया जाता है। क्वांटम संचालन की संरचना के अनुसार, यह विवरण गणितीय रूप से सापेक्ष राज्य व्याख्या द्वारा प्रस्तुत विवरण के बराबर है जहां मूल प्रणाली को बड़ी प्रणाली के उपप्रणाली के रूप में माना जाता है और मूल प्रणाली की स्थिति बड़ी प्रणाली का अवस्था के आंशिक चिन्ह द्वारा दी जाती है।

क्वांटम यांत्रिकी में, गतिशील वेरिएबल $A$ जैसे स्थिति, ट्रांसलेशनल (रैखिक) गति, कोणीय गति ऑपरेटर, स्पिन (भौतिकी), और कुल कोणीय गति प्रत्येक हर्मिटियन ऑपरेटर ${\hat {A}}$ से जुड़े हुए हैं जो क्वांटम प्रणाली की क्वांटम स्थिति पर कार्य करता है। ऑपरेटर के आइगेनवैल्यूज़ ${\hat {A}}$ उन संभावित मानों के अनुरूप है जिन्हें गतिशील वेरिएबल के रूप में देखा जा सकता है। उदाहरण के लिए, मान लीजिए $|\psi _{a}\rangle$, आइगेनवैल्यूज़ के साथ $a$ के साथ अवलोकन योग्य ${\hat {A}}$ का एक ईजेनकेट (आइजन्वेक्टर) है, और हिल्बर्ट अंतरिक्ष में उपस्थित है। तब

$${\hat {A}}|\psi _{a}\rangle =a|\psi _{a}\rangle .$$

यह ईजेनकेट समीकरण कहता है कि यदि प्रेक्षणीय का माप ${\hat {A}}$ बनाया जाता है जबकि ब्याज की व्यवस्था अवस्था $|\psi _{a}\rangle$ में है, तो उस विशेष माप के देखे गए मान को निश्चितता के साथ आइगेनवैल्यू $a$ लौटाना चाहिए। चूँकि, यदि ब्याज की व्यवस्था सामान्य स्थिति में है तो $|\phi \rangle \in {\mathcal {H}}$, तब बोर्न नियम द्वारा, आइगेनवैल्यू $a$ को संभाव्यता $|\langle \psi _{a}|\phi \rangle |^{2}$ के साथ लौटाया जाता है।

उपरोक्त परिभाषा कुछ सीमा तक वास्तविक भौतिक मात्राओं को दर्शाने के लिए वास्तविक संख्याओं को चुनने की हमारी परंपरा पर निर्भर है। वास्तव में, सिर्फ इसलिए कि गतिशील वेरिएबल वास्तविक हैं और आध्यात्मिक अर्थ में अवास्तविक नहीं हैं, इसका अर्थ यह नहीं है कि उन्हें गणितीय अर्थ में वास्तविक संख्याओं के अनुरूप होना चाहिए।

अधिक सटीक होने के लिए, गतिशील वेरिएबल/प्रेक्षणीय हिल्बर्ट स्पेस में स्व-सहायक ऑपरेटर है।

परिमित और अनंत आयामी हिल्बर्ट स्थानों पर ऑपरेटर्स

यदि हिल्बर्ट स्थान परिमित-आयामी है तो अवलोकनों को हर्मिटियन मैट्रिक्स द्वारा दर्शाया जा सकता है। अनंत-आयामी हिल्बर्ट स्पेस में, प्रेक्षणीय को सममित ऑपरेटर द्वारा दर्शाया जाता है, जो आंशिक कार्य करता है। इस प्रकार के बदलाव का कारण यह है कि अनंत-आयामी हिल्बर्ट स्पेस में, प्रेक्षणीय ऑपरेटर असीमित ऑपरेटर बन सकता है, जिसका अर्थ है कि अब इसका सबसे बड़ा आइगेनवैल्यू मान नहीं है। परिमित-आयामी हिल्बर्ट स्थान में यह स्थिति नहीं है: ऑपरेटर के पास उस स्थिति के आयाम (गणित) से अधिक कोई आइगेनवैल्यू मान नहीं हो सकता है जिस पर वह कार्य करता है, और सुव्यवस्थित गुण द्वारा, वास्तविक संख्याओं के किसी भी परिमित सेट में सबसे बड़ा तत्व होता है। उदाहरण के लिए, रेखा के अनुदिश गतिमान बिंदु कण की स्थिति किसी भी वास्तविक संख्या को उसके मान के रूप में ले सकती है, और वास्तविक संख्याओं का समुच्चय अगणनीय समुच्चय है। चूँकि किसी प्रेक्षणीय वस्तु का आइगेनवैल्यू संभावित भौतिक मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है जिसे उसके संबंधित गतिशील वेरिएबल ले सकते हैं, हमें यह निष्कर्ष निकालना चाहिए कि इस अगणनीय अनंत-आयामी हिल्बर्ट स्पेस में देखने योग्य स्थिति के लिए कोई सबसे बड़ा आइगेनवैल्यू नहीं है।

क्वांटम यांत्रिकी में संगत और असंगत अवलोकन

पारंपरिक मात्राओं और क्वांटम यांत्रिक वेधशालाओं के बीच महत्वपूर्ण अंतर यह है कि क्वांटम वेधशालाओं के कुछ जोड़े साथ मापने योग्य नहीं हो सकते हैं, गुण जिसे पूरकता (भौतिकी) कहा जाता है। यह गणितीय रूप से उनके संबंधित ऑपरेटरों की गैर-क्रमपरिवर्तनशीलता द्वारा व्यक्त किया जाता है, इस प्रभाव से कि कम्यूटेटर (भौतिकी)

$$\left[{\hat {A}},{\hat {B}}\right]:={\hat {A}}{\hat {B}}-{\hat {B}}{\hat {A}}\neq {\hat {0}}.$$

यह असमानता प्रेक्षणीय वस्तुओं के माप के क्रम पर माप परिणामों की निर्भरता को व्यक्त करती है ${\hat {A}}$ और ${\hat {B}}$ प्रदर्शन कर रहे हैं। का माप ${\hat {A}}$ क्वांटम स्थिति को इस तरह से बदल देता है जो बाद के माप के साथ असंगत है