愛因斯坦與GPS
專家分享 - Alice and Bob Mike Wong
日期 ：2024-04-26
在這之前的幾篇文章中，我們一起看了電腦的發展史，在現代的智能手機中，還有一個技術是由智能手機出現到現在都在使用的技術——全球定位系統 (GPS)。這個大家都在用的技術，你們知道與最為人共知的理論物理學家——愛因斯坦有關嗎？此文會為大家介紹這個技術及如何跟愛因斯坦拉上關係。
全球定位系統如何運作
全球定位系統(GPS)相信大家都知道它是用於確定智能手機每時每刻的精確位置。但這個系統是如何做到這個效果呢？靠的是圍繞地球的衞星，全球定位系統是一個由衛星和接收器組成的系統。這套系統中有一組衛星，它們繞著地球軌道運行。每個衛星都帶有一個非常精確的原子時鐘，可以提供非常準確的時間信息。當GPS接收器接收到來自多個衛星的信號時，它可以計算出自身與這些衛星之間的距離。通過將距離信息從多個衛星組合起來，接收器可以確定自己的精確位置。
跟愛因斯坦的關係
但看上去跟愛因斯坦又有甚麼關係呢？又不是他發明這個系統。關鍵在於他的相對論所預測的情況。根據愛因斯坦的理論，重力和速度會影響時間的流逝。在GPS系統中，衛星的運動速度非常快，同時它們也處於地球的較高位置。這導致衛星所處的重力場和速度對時間的影響比地球表面更大。因此，如果不考慮相對論效應，GPS系統將會產生定位的錯誤，因為計算距離需要用到時間但在這個情況下是會出現時間膨脹效應。所以GPS接收器會根據已知的相對論效應來調整衛星發送的信號的時間。這樣一來，接收器就能夠更正地球表面上的時間，從而確保定位的準確性。
結語
GPS系統利用愛因斯坦的相對論理論來校正時間膨脹效應，從而確保定位的準確性。這個技術的廣泛應用使我們能夠在導航、交通、運輸等領域中更加方便地確定我們的位置。這是眾多因為理論物理而可以在日常生活中影響到我們的例子之一。所以各位不要以為物理，以至理論物理是和我們生活不相關的一門學科，反之，從這個系列中我相信大家都看以見到，科技的發展是由無數的研究來推動和影響我們的生活。
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