从你眼中看世界
世界就在你手中

时空弯曲被证明:GPS每天可偏差11公里

也许现在很多人还认为相对论离我们很遥远,时空弯曲和我们完全无关,甚至根本不相信时空是弯曲的,或者完全没有任何概念。

当初爱因斯坦发表广义相对论预言时空弯曲的时候,非得英国人派了两支船队,等到日全食的时候,赶到地球上两个相距遥远的地方,分别测量被太阳挡住的星光,才最终证明时空是弯曲的,真是又费马达又费电。

走一万里漫漫长路,只为了验证星光被太阳弯曲0.00046度(1.65角秒)。不过这是人类历史上最重要的一段航程,我们对时间、空间以及宇宙的认识从此发生了根本转变。

时空弯曲被证明:GPS每天可偏差11公里 - 第1张  | CALONYE.COM

近100年过去了,现在广义相对论已经被科学家们广泛接受,不过很多人依然不相信时空是弯曲的,因为连空间弯曲我们都没有看见过,何况时间弯曲呢?时间弯曲又是什么样子呢?有什么和我们息息相关的东西可以证明时间是弯曲的呢?

证据就在我们的手里,几乎每个人都会用到的手机GPS卫星导航。GPS导航的基本原理是,手机接收地球上空至少四颗不同位置的GPS卫星发射的时间和位置信号,通过比对后计算出自己的位置,标示在地图上。那么GPS卫星导航系统为什么能证明时间是弯曲的呢?这个原理早已为很多人所熟知,不过依然有朋友云里雾里,笔者就简要介绍一下。

时间的弯曲是由时间变快变慢来度量的。广义相对论认为,物体的运动速度将导致其时间弯曲,具体表现在速度越快的物体,其时间变得越慢。GPS卫星在轨道上的速度约1.4万公里/小时,它的时间每天将变慢7微秒。

广义相对论还认为,大质量物体会导致其周围的时间和空间发生弯曲,具体表现在离大质量物体越近,时间就变得越慢。GPS卫星在离地球大约两万公里的轨道上运行,它的时间比起地球表面的时间,平均每天要快45微秒。

综合二者的影响,GPS卫星上的时间被弯曲后,每天将变快约38微秒,经计算,这会导致地面上的定位精度每天累积偏差约11公里。据说美国发射第一颗GPS卫星的时候,没有考虑到广义相对论的时空弯曲效应,导致根本无法用来定位。那这个问题是怎么解决的呢?很简单,工程师们将GPS卫星上的原子时钟走动频率调慢100亿分之4.465,GPS卫星便能向接收设备发送正确的时间和位置信号了。当然笔者认为美国发射第一颗GPS卫星便发现这个问题很可能是杜撰的,只是为了增加事件的戏剧性,因为仅凭一颗卫星根本不可能定位。

另外,朝鲜发射导弹老掉进海里,不知道是不是和他们没有技术纠正GPS信号的偏差有关,毕竟时钟快慢问题解决了,其它还有很多因素会影响定位精度的。而且朝鲜还常常发射信号干扰GPS,揩油不好好揩,还要搞破坏,没准儿连自己的也破坏了。

所以,如果你用过手机GPS导航,你就已经实践了爱因斯坦的广义相对论,别再萌萌地问:什么是时空弯曲?或者问:什么是时空?甚至问:什么是弯曲?

[整理:CALONYE]

未经允许不得转载:CALONYE.COM » 时空弯曲被证明:GPS每天可偏差11公里
分享到: 更多 (0)

评论 1

  1. #1

    消灭零回复,耶

    长空天恨1年前 (2016-06-23)回复