サイエンス、特許

GPSに相対性理論が使われているって知ってますか?

  1. HOME >
  2. サイエンス、特許 >

GPSに相対性理論が使われているって知ってますか?

りほぎょ
こんにちは。りほぎょです。

記事「タイムマシーンは実現するのか」において、

アインシュタインの相対性理論を利用することで、

未来に行けるタイムマシーンが作れることを解説しました。

おさらいすると、アインシュタインの相対性理論によれば、

①速い乗り物に乗るほど、静止しているよりも時間がより遅く進み、

②重力がよりかかる空間にいるほど、時間が遅く進みます。

こんな方法で、ほんまに時間を遅らせることができるの?嘘やろ?ってなりますが、

この方法で時間を遅らせることは可能であり、

実証もされています。本記事では、

実際に相対性理論がなければ、GPSがなかった

という話を誰でもわかるように解説します。




GPS衛星が受ける影響:相対性理論の2つの考え方

みなさんの生活に欠かせないGPSは、僕らの位置情報を伝えるために今や生活に欠かせないツールです。

アインシュタインの相対性理論による①と②の考え方

①速い乗り物に乗るほど、静止しているよりも時間がより遅く進み、

②重力がよりかかる空間にいるほど、時間が遅く進みます。

がなければ、実はGPS は完成しておらず、GPSもありませんでした。

相対性理論①によるGPS衛星への影響

GPS 衛星は、僕らのいる場所のずーーーーーーと上、

高度約2万kmの軌道上を

約4km/sという速度で周回いるのですが、

<①の影響>

1秒間に約4kmというかなり速い速度で動いているため、




①の影響を受けて、GPS衛星の時間は、僕らの時間よりもわずかに遅く進みます。

f:id:mmhkun:20181006195851p:plain

相対性理論②によるGPS衛星への影響

<②の影響>

また、GPS衛星が周回する高度約2万kmは、僕らのいる場所のずーーーーーと上にあるため、僕らのいる場所よりも、地球の中心から遠くにありますよね。

そのため、地球の中心に近い僕らのいる場所の方が重力が強くなります。

したがって、②の影響を受けて、僕らの時間の方が遅く進む、すなわち、GPSの時間の方が速く進むのです。

f:id:mmhkun:20181006195739p:plain

GPSに必要な補正:相対性理論①と②の相殺

〈①と②の相殺〉

GPS 衛星の時間は、

①によれば、僕らの時間よりも遅く進み、

②によれば、僕らの時間よりも速く進みます。

どちらの影響を受けやすいかを計算すると、

②の影響の方が大きく、

GPS 衛星の原子時計は、僕らの時計よりも、

毎秒100億分の4.45秒だけ速く進みます。

たったそんだけかーーーーい(*´ー`*)

と思われる方がいると思いますが、

ちょーー簡単にいうと、

GPS 衛星は、GPS 受信機との時間差を使って僕らのいる場所を算出しているため、

互いの時間の進む速さがこれだけ違うと、僕らの位置情報が一日で数kmもずれてしまうんですよ(>人<;)

だから、GPS 衛星の時間は、僕らの時間よりも、毎秒100億分の4.45秒遅く進むように補正がされているんですね。


まとめ

このように、静止している場合と、動いてる場合とで時間の進む速さが異なり、

また重力が強い場所と弱い場所でも、時間の進む速さが変わることは、

現実に起こっていることなのです。

でも、僕らが走るスピードや、僕らが乗る乗り物、例えば新幹線や飛行機のスピード程度では、ほんのほーんのわずかにしか時間の進む速さが遅くならないですし、

また、僕らは重力がほとんど変わらない場所で生活しているため、重力による時間の遅れもほとんど生じないんです。

そのため、僕らは時間の遅れを感じないんですね!!

上記に説明したように、

たとえGPS 衛星であっても、ほんのわずかにしか時間のズレは生じないのですが、

数メートルでもズレることが許されない位置情報を伝えるシステムであるため、わずかな時間のズレが許されません。

そのために、GPS 衛星の原子時計は補正がされているのです!!

今回、かなり噛み砕いてGPS について解説しましたが、

実際に時間の進む速さは相対的に変わるということが、現実に起きており、それが身近なところで利用されていることを、わかって頂けたのではないでしょうか。

-サイエンス、特許

Copyright© 雑記ブログ|りほぎょのブログ , 2020 All Rights Reserved Powered by AFFINGER5.