به گزارش یولن، سیستم موقعیتیاب جهانی یا GPS بر پایه اندازهگیری فوقالعاده دقیق زمان کار میکند. هر ماهواره GPS دارای ساعت اتمی است و گیرنده داخل گوشی با محاسبه زمان رسیدن سیگنالها، موقعیت شما را تعیین میکند.
اما مشکلی عجیب وجود دارد زمان برای ماهوارهها در فضا دقیقاً مثل زمین نمیگذرد. طبق نظریه «نسبیت خاص» اینشتین، ساعتهایی که با سرعت بسیار بالا حرکت میکنند، کندتر کار میکنند. از آنجا که ماهوارههای GPS با سرعت حدود ۱۴ هزار کیلومتر بر ساعت به دور زمین میچرخند، ساعتهای آنها روزانه حدود ۷ میکروثانیه عقب میافتد.
در مقابل، «نسبیت عام» اثر مخالفی ایجاد میکند. ماهوارهها در ارتفاع حدود ۲۰ هزار کیلومتری زمین قرار دارند جایی که گرانش ضعیفتر است. طبق پیشبینی اینشتین، زمان در گرانش ضعیفتر سریعتر میگذرد. همین موضوع باعث میشود ساعت ماهوارهها روزانه حدود ۴۵ میکروثانیه جلو بیفتد.
در نهایت، اثر گرانش قویتر از اثر سرعت است و نتیجه نهایی این میشود که ساعت ماهوارههای GPS حدود ۳۸ میکروثانیه در روز سریعتر از ساعتهای روی زمین کار میکنند.
این ۳۸ میکروثانیه چه اهمیتی دارد؟
۳۸ میکروثانیه شاید عدد ناچیزی به نظر برسد، اما برای GPS بسیار حیاتی است. نور در هر میکروثانیه حدود ۳۰۰ متر حرکت میکند. بنابراین حتی خطاهای زمانی بسیار کوچک میتوانند به خطاهای بزرگ مکانی تبدیل شوند. اگر اصلاحات نسبیتی انجام نشود، سیستم GPS بهسرعت دقت خود را از دست میدهد و مکانیابی میتواند روزانه بیش از ۱۰ کیلومتر منحرف شود. به گفته پژوهشگران، بدون این اصلاحات، سامانه ناوبری جهانی عملاً طی مدت کوتاهی غیرقابل استفاده میشد.
راهحل مهندسان برای این مشکل جالب است. ساعتهای اتمی ماهوارهها را پیش از پرتاب عمداً «کندتر» تنظیم میکنند. فرکانس استاندارد این ساعتها باید 10.23 مگاهرتز باشد، اما قبل از پرتاب کمی پایینتر تنظیم میشود تا وقتی ماهواره وارد مدار شد و اثرات نسبیتی آغاز شد، ساعت دقیقاً با زمان روی زمین هماهنگ شود.
البته این تنها اصلاح انجامشده نیست. چون مدار ماهوارهها کاملاً دایرهای نیست و تغییرات کوچکی در سرعت و ارتفاع رخ میدهد، ایستگاههای زمینی دائماً ساعتها را پایش و اصلاح میکنند.
هر چند که GPS نخستین اثبات نظریه نسبیت نیست، اما یکی از ملموسترین نمونههای کاربرد روزمره آن است. هر بار که گوشی شما موقعیت دقیقتان را روی نقشه نشان میدهد، در واقع فناوریای در حال کار است که بدون محاسبات اینشتین هرگز نمیتوانست چنین دقتی داشته باشد. به بیان دیگر، نسبیت فقط یک نظریه پیچیده فیزیک نیست، و بخشی از زیرساخت زندگی مدرن است.
منبع: spacedaily
۵۸۵۸
