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计量时间

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为何卫星上的时钟要被人为调慢38微秒?

科技在进步,体现在我们生活的方方面面,就比如日常打车,只要你把定位发给打车软件里的司机,他就能准确无误地接上你,位置误差不会超过几米远。这就是卫星定位系统的神奇在平常生活中的展现。那么全球卫星定位系统是如何做到准确无误的呢?

那卫星定位是如何做到准确的呢?主要是依赖卫星上面的时钟。但跟世界上的万事万物一样,卫星上的时钟也会受到万有引力的影响,受到弯曲时空的影响。换句话来说,因为万有引力的不同,因为时空弯曲程度的不同,地面上的钟跟卫星上的钟显示的时间是不可能一样的。据科学测量,卫星上的钟总是要比地面上的钟走快45微秒。一秒钟的时间是非常短暂的,何况是45微秒呢?也许在普通人看来,这一点儿误差是可以忽略不计的。

但不仅仅这些卫星上的钟每天走快了45微秒,还有一件事是,这些卫星转动得都特别快,根据爱因斯坦的理论,这两种因素加在一起,导致总体上来说,一颗卫星要走慢38微秒。一秒钟不算事,那么38微秒就更不值得一提了,但如果把这个时间放在时空的领域,那就是大事了。因为只要放任这种“走慢”而置之不理的话,那和用不了几个小时,全球定位系统就会瘫痪,失灵。

为什么这么说呢?因为光在一纳秒的时间内就能走30厘米,那么38微秒的时间内,一颗卫星在一天内就能产生20里的误差,这样的导航还不成了笑话?明明你在A地发的定位,司机却跑到了几十里开外去接你,啥事还不耽误了?

这么说大家应该理解全球定位系统为何对自身的准确性要求非常高了,当然,要求精确度该有多么必要了!让全球定位系统准确很简单,那就是把卫星上的时钟人为地“调慢”38微妙,这样,它所定位出来的位置就会跟地球上的本来位置几乎零误差了!

但同时,大家的疑问也就来了,为什么卫星上的时钟会变快呢?到底是什么原因造成的呢?这其实就是由“等效原理”造成的!下面给大家举一个例子,来具体说明卫星上的时钟为何要比地球上的时钟快38微秒!比如张三和李四两个人一起做了一个实验,张三在地面上,李四在距离地面22.5米的高台上,那么光源下落的频率因为光下落的过程中得到了能量,所以光的频率是加大的,也就是说,地面上的张三看到的光的频率是比高台上的李四看到的光的频率要快,“得到”的光要多,如果光的频率跟人的心脏频率是一致的话,那么高台上的李四的心跳得比张三要快,就是他要比张三衰老得要快。虽然这种快的程度是:13000000万年才快了一秒,但毕竟也是快了!

所以,卫星上的时钟如果不进行人为的调整,那么这样的卫星就不具备存在的意义了。

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