Observateur (physique)

En physique, un observateur est un hypothétique personnage doté d'instruments de mesures de l'espace et du temps, observant depuis son référentiel les expériences qui ont lieu à différents endroits de l'espace.

En physique newtonienne, relativité restreinte et relativité générale, avec l'hypothèse que tous les observateurs considérés ont exactement les mêmes instruments de mesures, le principe de relativité impose que les mesures faites par deux observateurs dans deux référentiels inertiels différents sont identiques s'il s'agit de deux expériences identiques faites par chacun, et que leurs mesures respectives répondent à une même loi physique s'il s'agit d'une unique expérience observée par chacun d'eux. La relativité générale étend cette hypothèse à tout changement de référentiel d'observateur.

Ainsi considéré, le principe de relativité, jamais démenti à ce jour, limite les changements de référentiels admissibles en physique et implique qu'il existe une métrique invariante par changement de référentiel d'observateur. En physique newtonienne, il s'agit de la norme euclidienne, en relativité restreinte de la métrique de Minkowski et en relativité générale de l'intervalle d'espace-temps.

En physique quantique, les conditions de mesures de l'observateur sont, en plus, soumises aux postulats de la mécanique quantique, dont le principe d'indétermination.

Exemples

Observateur de Schwarzschild

En relativité générale, dans le cadre de la métrique de Schwarzschild, l'observateur de Schwarzschild est un observateur stationnaire $\left(\mathrm {d} r=\mathrm {d} \theta =\mathrm {d} \phi =0\right)$ et asymptotique $\left(r\to \infty \right)$ pour lequel le temps propre $\left(\tau _{\infty }\right)$ coïncide avec le temps-coordonnée $\left(t\right)$.

Observateur eulérien

En relativité générale, un observateur eulérien est un observateur dont la quadrivitesse est le vecteur unitaire $n$ de genre temps, dirigé vers le futur et normal à une hypersurface de genre temps $\Sigma _{t}$. La ligne d'univers d'un tel observateur est ainsi orthogonale aux hypersurfaces $\Sigma _{t}$. Physiquement, cela signifie que l'hypersurface est localement l'ensemble des événements qui sont simultanés du point de vue de l'observateur eulérien. L'observateur eulérien est aussi appelé observateur de référence (en anglais : fiducial observer, FIDO). Dans le cas particulier d'un espace-temps axisymétrique et stationnaire, il est également appelé observateur localement non tournant (en anglais : localy non rotating observer) ou observateur à moment cinétique nul (en anglais : zero angular momentum observer, ZAMO).

Bibliographie

• [Gourgoulhon 2012] (en) Éric Gourgoulhon, 3+1 formalism in general relativity : bases of numerical relativity [« Le formalisme 3+1 en relativité générale : les bases de la relativité numérique »], Berlin et Heidelberg, Springer, coll. « Lecture notes in physic » (n^o 846), février 2012, 1^re éd., 1 vol., XVII-294, 15,5 × 23,5 cm, br. (ISBN 978-3-642-24524-4, EAN 9783642245244, OCLC 801098954, DOI 10.1007/978-3-642-24525-1, Bibcode 2012LNP...846.....G, SUDOC 16041802X, présentation en ligne, lire en ligne).
• [Kippenhahn et Weigert 1990] (en) Rudolf Kippenhahn et Alfred Weigert, Stellar structure and evolution [« Structure et évolution stellaires »], Berlin, Heidelberg et New York, Springer, coll. « Astronomy and astrophysics library », 1990 (réimpr. et correct. 1994), 1^re éd., XVI-468 p., 15,5 × 23,5 cm (ISBN 3-540-58013-1 et 0-387-58013-1, EAN 9783540580133, OCLC 758267593, BNF 37451661, DOI 10.1007/978-3-642-61523-8, Bibcode 1994sse..book.....K, SUDOC 022552049, présentation en ligne, lire en ligne) — cité selon sa 3^e impression corrigée de 1994.
• [Le Bellac 2015] Michel Le Bellac (préf. Thibault Damour), Les relativités : espace, temps, gravitation, Les Ulis, EDP Sciences, coll. « Une introduction à », avril 2015, 1^re éd., XIV-218 p., 24 cm (ISBN 978-2-7598-1294-3, EAN 9782759812943, OCLC 910332402, BNF 44362603, SUDOC 185764118, présentation en ligne, lire en ligne).
• [Trilles et Spagnou 2020] Sébastien Trilles et Pierre Spagnou, Le temps dans la géolocalisation par satellites, Les Ulis et Paris, EDP Sciences et CNRS, coll. « Savoirs actuels / physique », octobre 2020, 1^re éd., XIV-419 p., 16 × 24 cm (ISBN 978-2-7598-2434-2 et 978-2-271-13542-1, EAN 9782759824342, OCLC 1202412260, BNF 46587400, DOI 10.1051/978-2-7598-2468-7, SUDOC 249923122, présentation en ligne, lire en ligne).