.

Ich bin ein großer Fan von Albert Einstein. Viele Physiker würden zustimmen, dass seine Theorien der reinste Ausdruck des Genies in der Geschichte der Menschheit mit allen sich daraus ergebenden Anwendungen. In diesem Fall, wir reden über das Global Positioning System (Geographisches Positionierungs System).

Das GPS wurde vom US-Militär in der Mitte des Kalten Krieges in den 60er Jahren entwickelt. Es wurde ursprünglich von der Marine für die Navigations-Zwecke. In einer früheren Version, nur einmal pro Stunde ein Schiff könnte die Daten über die Position aktualisieren. In den folgenden Jahrzehnten, den Vereinigten Staaten hat sich weiter um das System zu verbessern, indem mehr Satelliten starten. In den 80, die Reagan-Administration beschlossen verfügbare GPS-Technologie für zivile Zwecke zu machen. Der Anstoß für die Lösung war die Korean Airlines Passagierflugzeug von der UdSSR abgeschossen in 1983, Versehen fliegt über die Sowjetunion auf dem Weg von Alaska nach Korea.

Das GPS-System besteht aus 24 Satelliten unter der Erde in einer Umlaufbahn um hohe. Diese Satelliten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 14.500 km pro Stunde und ihre Umlaufbahn in einer Höhe von 19.000 km. (Zum Vergleich:, Die Bahnhöhe der Internationalen Raumstation ISS ist über 400 km). Jeder Satellit hat eine Atomuhr, die Genauigkeit, die etwa 1 nanosecondo. Die Satelliten sind in einer solchen Art und Weise verteilt, dass von jedem Teil der Erdoberfläche, mindestens vier von ihnen sind in Sichtlinie. Ein GPS-Empfänger auf dem Boden (oder auf einem Flugzeug im Flug) Es empfängt Daten über die Zeit und den Ort dieser Satelliten ein Hochfrequenzsignal unter Verwendung von 1,575 GHz.

Ohne die Relativitätstheorie, Albert Einstein würde nicht existieren GPS. Ideen wie verrückt langsam mal mit höherer Geschwindigkeit oder Biegung ein Thema genannt vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum von einem massiven Objekt sind entscheidend für den Betrieb der GPS. Statt genau stehenden Mess (und für das Militär, in Zoll) ohne von den Theorien von Einstein zu berücksichtigen, Sie würden nur in Meilen gemessen werden. Aber für eine genaue Angabe des Pfades ist das nicht genug. Innerhalb kürzester Zeit, solche Fehler würden akkumulieren und das gesamte System würde nutzlos.

Der GPS-Empfänger kann den Abstand zu jedem Satelliten von der durch die Funkwellen, die an der Lichtgeschwindigkeit ausbreiten genommen Zeit berechnen. die genaue Entfernung von drei Satelliten zu kennen codiert innerhalb des Signals und ihrer Position, der Mikroprozessor des Empfängers kann seine Koordinaten durch Trilateration bestimmen. Die Trilateration ist eine komplexere Form der Triangulation, der Einsatz Kugeln sie schneid den Standort zu bestimmen, basierend auf dem Abstand von den anderen drei Punkten des dreidimensionalen Raumes. ein vierte Satellit benötigt wird, um die Sicherung und temporäre Korrekturen auf einen Nicht-Atom Empfänger zu überprüfen.

Messen Sie die Fahrzeit von Funkwellen, die propagieren auf diesen relativ kurzen Entfernungen eine extrem hohe Präzision erfordert. Die GPS erfordert Genauigkeit von wenigen Nanosekunden. Und dies erfordert einen Aufruf an die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie von Einstein. Spezielle Relativitätstheorie Bezug Objekte mit hohen Geschwindigkeit bewegt, während der allgemeinen Relativitätstheorie ist eine Theorie der Schwerkraft.

Einstein veröffentlichte seine spezielle Relativitätstheorie in 1905 und für immer unsere grundlegenden Ideen über das Universum verändert. Es zeigte sich, dass im Gegensatz zu Newton und dem gesunden Menschenverstand, die Lichtgeschwindigkeit, und nicht die Zeit oder die Entfernung, Es ist eine wirklich universelle Konstante. Seine Theorie besagt, dass, während die Geschwindigkeit eines Objekts nähert sich die Geschwindigkeit des Lichts, Zeit verlangsamt sich in Bezug auf den Betrachter herab “unbeweglich” auf der Erde. Ich markierte das Wort “unbeweglich” in Anführungszeichen, denn in Wirklichkeit gibt es nichts Eigentum, und jetzt bewegen wir uns auf der Erde, machen Umdrehungen um die Sonne in einer Galaxie, die sich dreht in einem expandierenden Universum

Nach der Theorie der speziellen Relativität, wenn Ihr Zwillingsbruder auf einem Raumschiff mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit fliegen weg, seine Zeit in Beziehung verlangsamen würde zu Ihrem. Es kann es nur für ihn eine Stunde war nach einer Stunde wieder kommen und sehen, dass Sie 50 Jahre sein. Die Zeitdifferenz hängt ganz davon ab, wie nahe es ist seine Geschwindigkeit, mit der Geschwindigkeit des Lichts. Dieser Effekt ist als Zeitdilatation bekannt und wird durch die folgende Formel der Lorentz-Transformation ausgedrückt:

Taube

t ist die Zeit, in einem Trägheitsreferenzsystem (in einem System, das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit, wie beispielsweise ein GPS-Empfänger auf der Erde),
t ‘ Es ist die Zeit in einem anderen Inertialbezugssystem (beispielsweise ein Satellit in der Umlaufbahn),
v Es ist die relative Geschwindigkeit zwischen zwei Bezugssystemen,
c Es ist die Geschwindigkeit des Lichts.

Wenn die Relativgeschwindigkeit ist klein im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit, Die obige Formel wird auf t ‚= t reduziert, nämlich das Fehlen der Zeitdilatation. Dies ist unsere Alltagswelt. Aber wenn seine Geschwindigkeit nähert sich die Geschwindigkeit des Lichts, Unendlichkeit (das heißt, Zeit verlangsamt oder stoppt auch bei der Lichtgeschwindigkeit). Für GPS-Satelliten, die sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 14.500 km all'ora, Zeit umströmt 7000 ns pro Tag langsamer als die Zeit des Empfängers auf der Erde.

Der Grund, warum die speziellen Relativitätstheorie definiert wurde speziell ist, dass diese Theorie eine Grenze hatte, Nur in einem speziellen Fall ausgeführt wird, wenn die Beschleunigung Null ist,. Die Gleichungen der Einsteinschen speziellen Relativitätstheorie sind nur gültig, wenn sich das Objekt bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer geraden Linie in einer solchen Art und Weise, dass es keine Beschleunigung.

Einstein, schließlich, Er erkannte, dass die Beschleunigung und Schwerkraft äquivalent sind (das so genannte Prinzip der Äquivalenz). in 1915, Nach fast zehn Jahren des Kampfes mit Mathematik hinter seiner neuen Theorie, Er veröffentlichte sein Meisterwerk, allgemeine Relativitäts. Die mathematische Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie, als Tensoranalysis bekannt, ist mehr oft kompliziert, als für die spezielle Relativitätstheorie notwendig ist. Nach mehr als 200 Jahre der Herrschaft, Newtons Gravitationstheorie wurde von Einstein neuer Theorie der Schwerkraft gestürzt.

Die allgemeine Relativitätstheorie hat gezeigt, dass die Massenschwerkraft das Gewebe des Raum-Zeit-Kontinuums verzerrt. die Schwere, sowie die Geschwindigkeit in der speziellen Relativitätstheorie, Es ist wegen der Zeitdilatation. Im Fall von GPS, im Weltraum-Satelliten durchlaufen eine etwas geringere Dichte als ein Empfänger auf der Erde. Wegen dieses Unterschieds der Schwerkraft, die Zeit für einen Satelliten fließt 45.000 ns pro Tag schneller als ein terrestrischer Receiver.

Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass für sich schnell bewegende Satelliten, Zeit verlangsamt, während die allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, für Satelliten, dass, Zeit läuft schneller, weil sie weniger Schwerkraft erfahren. Die Kombination dieser Effekte führen zu der Tatsache, daß für die Satelliten in Bezug auf den terrestrischen Empfänger, Zeit vergeht schneller 38.000 (45.000 – 7.000) ns pro Tag. Funkwellen von Satelliten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 cm pro nanosecondo. Dies bedeutet, dass ohne relativistische Effekte, der Abstand von jedem Satelliten um etwa verzerrt 11,5 Km pro Tag!

Unabhängig davon, ob das System eine Richtung zu einem Restaurant, erlauben Piloten ihren Standort überall auf der Welt oder Hilfe Sie ein Haustier finden lokalisieren fehl am Platz, GPS wirkt sich auf viele Aspekte des Lebens eines jeden von uns. Denken Sie daran, dass, wenn vor hundert Jahren nicht eine Person gibt, die leidenschaftlich die Natur wollte wissen,, alles wäre unmöglich,. „Ich habe keine besondere Begabung. Ich bin nur neugierig irrsinnig “, Albert Einstein sagte einmal:.

Damit habe ich versucht, verständlich ein Thema zu machen, die immer seine Aura von Geheimnis gewesen. Ich sicher nicht erklären, was in den einzelnen Aspekten, wer wirklich beteiligt geht in die, für andere werden sagen, dass sie etwas darüber wissen, Sie haben noch nie den Wunsch zu vertiefen. 😉

Amilcare Grüße