A GPS valóban a relativitáselméleten alapszik?

Azon alapszik, hogy a rádiójeleknek időbe telik, amíg elérnek egy adott pontot.

Igazából a GPS műholdak nem mások, csupán egy nagyon-nagyon-nagyon pontos óra, és egy jeladó. A műholdak folyamatosan adják az éppen aktuális időt (azt az időt, amikor leadták a jelet). A GPS készülék bemér legalább 3 műholdat (ennyi kell a minimális helymeghatározáshoz, de minél több, annál jobb) és megnézi, hogy az adott műhold pozíciójától milyen távolságra van (ezt úgy csinálja, hogy egyszerűen megnézi, mennyi idő telt el a jel elküldése, és megérkezése között.)

Ha pedig tudja, hogy a műholdakhoz képest hol helyezkedik el, onnan már meg lehet határozni az eszköz pozícióját. És minél több a viszonyítási pont, annál pontosabb a bemérése a helynek.

No, de hol jön ebbe a relativitás elmélet? Ott, hogy a műholdak egyrészt magasan vannak, (gyengébb a rájuk ható gravitációs erő) másrészt, mivel magasan vannak, ezért jóval gyorsabban kell mozogniuk, mint a földfelszín, hogy adott pozíció fölött legyenek.

Eme két hatástól viszont fellép az időcsúszás - vagyis a műhold órája lassabban fog járni, mint az órák a Földön. És mivel az egész rendszer a rendkívül pontos időn alapszik (hiszen a rádiójelnek csupán másodpercek milliomod része kell, hogy elérje a földfelszínt) így a legkisebb pontatlanság nagy különbséget jelent. Egy autó esetében nem gond, ha 10 méterrel odébb jelzi, de egy repülő, vagy egy vadászgép rendszereinek bizony nagyon fontos a tökéletes pozíció meghatározás.

Tehát a műholdak úgy vannak kalibrálva, hogy alapból rosszul jár az órájuk - amikor elérik a pályájukat, az Einstein által előrejelzett idő különbség "helyre" rakja őket, vagyis újra pontosan fog járni :)

Nagyon leegyszerűsítve:

Mivel a műholdak magasan vannak, ezért a föld gravitációja nem hat annyira rá, mint ahogy a földfelszínen tenné. Ez logikus is. Viszont ez magával vonz egy olyan következményt, hogy a műhold "órája" gyorsabban jár, mint a földieké. Minél nagyobb a gravitációs erő, annál jobban meghajlítja a teret és ezáltal az időt is egyre jobban "eltorzítja", mert nincs külön idő és tér, hanem csak téridő létezik, ahol egyik a másikra minden esetben hatással van. Nagy gravitációnak a közvetett következménye az időre az, hogy lelassul, a térre pedig az, hogy összehúzódik, bár ez itt mellékes most. Kisesebb gravitációnál pedig egyre jobban felgyorsul az idő, pl egy műholdnak gyorsabban telik az idő, mint neked itt a földön. Szóval a lényeg, hogy ezt az időbeli különbséget kompenzálni kell és ezt úgy teszik meg, -ha jól tudom-, hogy egyszerűen időnként átállítja magát a műhold. Visszaállítja magát, mert siet a földihez képest. Ha ezt nem tennék meg, akkor idővel egyre pontatlanabbul mutatná a helyet és ezáltal használhatatlan lenne. Ugye idő kell, míg leér a jel a műholdakról, de ezt az első tök jól leírta... Amúgy minden ilyen műholdon egy egy atomóra van ha jól emlékszem. Valami dokufilmben volt róla szó, pont az idő (és relativitás elméletről) szólt.

Tudósok szerint ez a kulcs az időutazáshoz is a jövőbe. Odarepülsz egy űrhajóval egy fekete lyukhoz és körözöl pl 10 napig. A extrém gravitációnak köszönhetően az idő nagyon lelassul (persze ebből te nem veszel észre semmit, minden normális a te szemszögedből), visszarepülsz a földre és azt látod hogy ott már eltelt 100 év azóta... Érdekesség, hogy ha valaki távcsővel benézne az ablakodon a fekete lyuknál a földről, akkor azt látna, hogy baromi lassan mozogsz és az órádon is 1 mp mondjuk 1 nap, szinte mintha megállna az idő. Ha az űrhajódról te néznéd meg a földieket, akkor meg azt tapasztalnád, hogy hihetetlenül gyorsan mozog mindenki és ott 1 nap 1 perc alatt zajlana le, azaz az idő a fekete lyukhoz képest a kisebb gravitáció miatt felgyorsul. Kivéve a fény, rádióhullám és hasonló tömeg nélküli dolgok sebességét, mert azok mindig ugyan olyan gyorsak akárhonnan nézed és ennek az állandóságnak a fenntartása miatt, lassul, gyorsul az idő és a tér is emiatt húzódik össze vagy tágul ki, de ez már egy másik történet.. Nagyon érdekes olvass utána vagy nézz dokufilmeket az téridőről, időutazásról, relativitáselméletről stb... Talán a relativitáselmélet néha túl bonyolult leírása nem a a legjobb módja annak, hogy megértsed, inkább példákon keresztül érdemes tanulni, ha csak nem készülsz fizikusnak.

Hát akkor a válasz egyszerűen az, hogy nem azon alapszik, hanem "háromszögeléssel" (minimum 3 műhold, de 4-et használnak az egyéb pontatlanságok kiküszöbölésére) meghatározott pozíción és az időtorzulás csak egy probléma volt a fejlesztés közben, amire már gondolom előre számítottak, mert ismerték az Einstein relativitáselméleteket és ez alapját kiszámolhatták, hogy mennyi időközönként érdemes átállítani az órákat és mennyivel. Szóval nem ezen alapul, de a relativitáselmélet ismerete nélkül nem nagyon működne (meg gondolom sok más dolog nélkül sem).

"A műholdas helymeghatározó rendszer időmérésre visszavezetett távolságmérésen alapul."

De ha az időinformációk rosszak, mert nem kompenzálják a relativitáselmélet alapján, az "időtorzulást" akkor lehet a Dunában kötsz ki a kocsiddal :)