Жалпы Салыштырмалык Кылым. II бөлүк: Салыштырмалык деген эмне?

Адамдар көбүнчө "Салыштырмалык деген эмне?" Салыштырмалуулукту абстракттуу жана жогорку арканлуу математикалык теория деп эсептөө кадимки нерсе, бул күнүмдүк жашоого эч кандай таасир тийгизбейт. Чындыктан алыс эч нерсе жок.

Бул сериянын экинчи бөлүгү: "Жалпы салыштырмалык кылымы". Сураныч, биринчисин бул жерден окуңуз: I Бөлүм: Тарых жана Интуиция.

Бул блогдо эмне үчүн салыштырмасыз, заманбап GPS тутумдары иштебей калат!

Салыштырмасыз, заманбап GPS системалары иштебейт!
НАСАнын сүрөтү Unsplash сайтында

GPSке кыскача киришүү

Бардык заманбап навигациялык тутумдар, анын ичинде учактар ​​GPS системалары менен жабдылган. Бул тутумдар сиздин кеңдикти, узундукту жана бийиктикти 5 тен 10 метрге чейин жеткирет.

Дэвид Грандмоугиндин Unsplash сүрөтү

Учурдагы GPS конфигурациясы Жердин бийик орбитасында жайгашкан 24 спутниктен турат. GPS топ жылдызынын ар бир спутниги жерден 20,000 км бийиктикте орбитага ээ жана орбиталык ылдамдыгы саатына 14,000 км / саатка жетет.

Орбиталык мезгил болжол менен 12 саатты түзөт - популярдуу ишенимге карабастан, GPS спутниктери геосинхрондук же геостационардык орбиталарда эмес.

Спутниктик орбиталар эң аз дегенде 4 спутник ар дайым жердин каалаган бурчунда көрүнүп турушу үчүн бөлүштүрүлөт (бир убакта 12ге чейин көрүнүп турат). Ар бир спутник бир атом саатын алып жүрөт, ал 1 наносекундга (секундасынын 1 миллиарддан бир бөлүгүнө) чейин тактайт!

Сүрөттү Manlake Gabriel Unsplash

Учакта GPS кабылдагыч анын учурдагы абалын жана башын аныктайт, ал GPS спутниктеринен алган убакыт сигналдарын (адатта 6дан 12ге чейин) жана ар бир спутниктин белгилүү позицияларындагы "трилатерация" менен салыштырат.

Сиз буга чейин жоголгонуңузду билем. Бул видеону жакшыраак түшүнүү үчүн карап көрөлү:

Бирок салыштырмалуулук кандайча ойнолот?

Тактыктын жогорку деңгээлине жетүү үчүн, спутниктерден алынган саат 20-30 наносекундга чейин так болушу керек. Бирок спутниктер жер бетиндеги байкоочуларга салыштырмалуу туруктуу кыймылдап тургандыктан, Атайын жана Жалпы Салыштырмалуу болжолдонгон эффекттер 20-30 дана наносекунддун каалаган тактыгына жетүү үчүн каралышы керек.

Эффект атайын салыштырмалуулук менен түшүндүрүлөт

Жердеги байкоочу спутниктерди аларга салыштырмалуу кыймылдатып жаткандыктан, Атайын Релеванттын айтымында, биз алардын сааттарын акырындык менен чуркап көрүшүбүз керек. Бул алардын салыштырмалуу кыймылынын убакытты кеңейтүү эффектинен улам, тыкан ылдамдыгы жайыраак болгондуктан, күнүнө болжол менен 7 микросекундга созулат.

Эффект Жалпы салыштырмалуулук менен түшүндүрүлөт

Андан тышкары, спутниктер Жердин бийик орбиталарында жайгашкан, анда Жердин массасынан улам космостук убакыттын ийри сызыгы Жер бетиндегиге караганда азыраак. Жалпы салыштырмалуулуктун божомолу боюнча, массивдүү объектке жакын сааттар алыста жайгашканга караганда жайыраак жайыраак көрүнөт. Ошентип, жер бетинен караганда, спутниктеги сааттар, жер бетиндеги окшош сааттарга караганда, ылдамыраак секирип баратат. Жалпы салыштырмалуулукту колдонуп эсептөө боюнча ар бир GPS спутникиндеги саат күнүнө 45 микросекундга чейин жердеги сааттан ашып түшүшү керек.

Бул эки релятивисттик эффекттин айкалышы ар бир спутниктин борттогу сааттары жер бетиндеги окшош сааттарга караганда күнүнө болжол менен 38 микросекундга ылдамыраак өтүшү керек дегенди билдирет.

Бул кичинекей угулат, бирок GPS системасынан талап кылынган жогорку тактык наносекунддун тактыгын талап кылат, 38 микросекунд 38,000 наносекундду түзөт. Эгер бул эффекттер тийиштүү түрдө эске алынбаса, GPS топ жылдызына негизделген навигациялык оңдоо 2 мүнөттөн кийин гана жалган болот жана глобалдык позициялоодагы каталар күн сайын болжол менен 10 км ылдамдыкта топтоло берет! Убакыттын өтүшү менен навигация үчүн бүт система эч нерсеге жарабай калмак.

Анда салыштырмалуулук кандайча колдонулат?

Кыймыл жана GR сааттарынын ортосундагы айырмачылык сүрөттөлгөн

GPS системасын иштеп чыккан инженерлер бул релятивисттик эффекттерди тутумду иштеп чыгып, орнотушкан. Мисалы, орбитага бир жолу чыккан «Жалпы релятивисттик» эффектке каршы туруу үчүн, алар учурдагы орбиталык станцияларда болгондо, алардын сааттары туура ылдамдыкта өтүп жаткансып, учурулганга чейин атом саатынын ылдамдыгын жайлатышкан. GPS жер станцияларындагы шилтеме атомдук сааттарга салыштырмалуу.

Андан ары окуу

  1. Эйнштейндин Жалпы салыштырмалуулук теориясы
  2. Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясына жөнөкөйлөтүлгөн киришүү