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Je suis un grand fan d'Albert Einstein. De nombreux physiciens seraient d'accord que ses théories sont la plus pure expression du génie dans l'histoire de l'humanité avec toutes les applications qui en découlent. Dans ce cas,, nous parlons du système de positionnement global (GPS).

Le GPS a été développé par l'armée américaine au milieu de la guerre froide dans les années 60. Il a été utilisé par la marine à des fins de navigation. Dans une version précédente, un navire pourrait mettre à jour les données sur la position qu'une seule fois par heure. Au cours des décennies suivantes, les Etats-Unis a continué d'améliorer le système en lançant plus de satellites. Dans les années 80, l'administration Reagan a décidé de rendre la technologie GPS disponible à des fins civiles. L'impulsion de la solution était l'avion de Korean Airlines abattu par l'URSS 1983, accidentellement survolant l'Union soviétique sur le chemin de l'Alaska en Corée.

Le système GPS est composé de 24 satellites volant autour de la Terre en orbite haute. Ces satellites se déplacent à une vitesse d'environ 14.500 km par heure et leur orbite est à une altitude de 19.000 km. (À titre de comparaison, L'altitude orbitale de la Station spatiale internationale est sur le point 400 km). Chaque satellite a une horloge atomique, dont la précision est d'environ 1 nanosecondo. Les satellites sont répartis dans une telle manière que d'une partie de la surface de la Terre, au moins quatre d'entre eux sont en ligne de mire. Un récepteur GPS sur le terrain (ou sur un avion en vol) Il reçoit des données sur l'heure et l'emplacement de ces satellites en utilisant un signal radiofréquence 1,575 GHz.

Sans la théorie de la relativité, Albert Einstein n'existerait GPS. Des idées comme temps lents fou à vitesse élevée ou de plier un sujet appelé continuum espace-temps à quatre dimensions par un objet massif sont essentiels pour le fonctionnement du GPS. Au lieu de mesurer avec précision debout (et pour les militaires, en pouces) sans tenir compte des théories d'Einstein, Vous seriez mesurée juste en miles. Mais pour une indication précise du chemin qui ne suffit pas. Dans un délai très court laps de temps, de telles erreurs s'accumulent et l'ensemble du système deviendrait inutile.

Le récepteur GPS peut calculer la distance de chaque satellite à partir du temps pris par les ondes radio qui se propagent à la vitesse de la lumière. Connaissant la distance exacte de trois satellites codées dans le signal et sa position, le microprocesseur du récepteur peut déterminer ses coordonnées à l'aide de trilatération. La trilatération est une forme plus complexe de triangulation, qui se croisent utilisations sphères pour déterminer l'emplacement sur la base de la distance entre les trois autres points de l'espace à trois dimensions. Il faut un quatrième satellite pour vérifier les correctifs de sauvegarde et temporaires à un récepteur non-atomique.

Mesurer le temps de Voyage des ondes radio qui se propagent sur ces distances relativement courtes exige une précision extrêmement élevée. Le GPS nécessite une précision de quelques nanosecondes. Et cela exige un appel à la théorie spéciale de la relativité générale et d'Einstein. ce qui concerne la relativité restreinte des objets en mouvement à grande vitesse, alors que la relativité générale est une théorie de la gravité.

Einstein a publié sa théorie de la relativité spéciale 1905 et a changé pour toujours nos idées fondamentales sur l'univers. Elle a montré que, contrairement à Newton et le bon sens, la vitesse de la lumière, et pas le temps ou la distance, Il est une constante vraiment universelle. Sa théorie indique que, si la vitesse d'un objet se rapproche de la vitesse de la lumière, le temps ralentit par rapport à l'observateur “immobile” sur Terre. Je surligné le mot “immobile” entre guillemets, parce qu'en réalité il n'y a rien propriété, et en ce moment nous avançons sur Terre, faire révolutions autour du soleil dans une galaxie qui tourne dans un univers en expansion

Selon la théorie de la relativité restreinte, si votre frère jumeau envolons sur un vaisseau spatial à proximité de la vitesse à la vitesse de la lumière, son temps ralentirait par rapport à votre. Il peut revenir après une heure, il était seulement une heure pour lui et voir que vous 50 années ses. La différence de temps dépend entièrement de la façon dont elle est proche de sa vitesse à la vitesse de la lumière. Cet effet est connu comme la dilatation du temps et est exprimée par la formule suivante de transformation de Lorentz:

Colombe

t est le temps dans un système de référence inertielle (dans un système qui se déplace à une vitesse constante, tel qu'un récepteur GPS sur Terre),
t ‘ Il est le temps dans un autre système de référence inertiel (par exemple, un satellite en orbite),
v Il est la vitesse relative entre deux systèmes de référence,
c Il est la vitesse de la lumière.

Lorsque la vitesse relative est faible par rapport à la vitesse de la lumière, la formule ci-dessus est réduite à t « = t, à savoir l'absence de dilatation du temps. Ceci est notre monde quotidien. Mais quand sa vitesse se rapproche de la vitesse de la lumière, infini (c'est-à-dire, le temps ralentit ou arrête même à la vitesse de la lumière). Pour les satellites GPS qui se déplacent à une vitesse de 14.500 km all'ora, temps coule autour 7000 nanosecondes par jour plus lent que le temps du récepteur sur la Terre.

La raison pour laquelle la théorie de la relativité restreinte a été définie spéciale est que cette théorie a une limite, en cours d'exécution que dans un cas particulier, lorsque l'accélération est nulle. Les équations de la théorie de la relativité d'Einstein ne sont valables que lorsque l'objet se déplace à une vitesse constante en ligne droite dans le chemin d'une telle qu'il n'y a pas d'accélération.

Einstein, finalement, Il se rendit compte que l'accélération et la gravité sont équivalentes (le soi-disant principe d'équivalence). en 1915, après près de dix années de lutte avec les mathématiques derrière sa nouvelle théorie, Il a publié son chef-d'œuvre, Relativité générale. La base mathématique de la théorie générale de la relativité, appelée analyse de tenseur, est beaucoup plus compliqué que ce qui est nécessaire à la théorie de la relativité. Après plus de 200 années de domination, La théorie de la gravitation de Newton a été renversé par une nouvelle théorie de la gravité d'Einstein.

La théorie de la relativité générale a montré que la gravité de la masse déforme le tissu du continuum espace-temps. la gravité, ainsi que la vitesse de la théorie de la relativité, Il est à cause de la dilatation du temps. Dans le cas du GPS, satellites dans l'espace subissent une gravité légèrement inférieure à celle d'un récepteur sur la Terre. En raison de cette différence de gravité, le temps pour l'écoulement d'un satellite 45.000 nanosecondes par jour plus rapide qu'un récepteur terrestre.

La théorie de la relativité restreinte dit que pour les satellites en mouvement rapide, le temps ralentit, tandis que la théorie de la relativité générale prévoit que pour les satellites, le temps est plus rapide parce qu'ils éprouvent moins de gravité. La combinaison de ces effets conduit au fait que pour les satellites par rapport au récepteur terrestre, le temps passe plus vite 38.000 (45.000 – 7.000) nanosecondes par jour. Les ondes radio de satellites se déplacent à une vitesse d'environ 30 cm par nanosecondo. Cela signifie que sans effets relativistes, la distance de chaque satellite sera déformée d'environ 11,5 Km par jour!

Indépendamment du fait que le système montre une direction vers un restaurant, permettent aux pilotes de connaître leur localisation partout dans le monde ou vous aider à trouver un animal égaré, GPS affecte de nombreux aspects de la vie de chacun d'entre nous. Rappelez-vous que s'il y a une centaine d'années n'existait pas une personne qui voulait passionnément connaître la nature, tout serait impossible. « Je n'ai pas de talents particuliers. Je suis juste curieux insensément “, Albert Einstein a dit.

Avec cela, j'essayé de faire le sujet d'un compréhensible qui a toujours été son aura de mystère. Je ne doute pas tout expliquer dans les aspects individuels, qui est vraiment en cause sera dans ce, pour d'autres diront qu'ils savent quelque chose, Ils ont jamais eu le désir d'approfondir. 😉

Amilcare Salutations