سیستم موقعیتیاب جهانی یا همان GPS، بر پایه یک اصل ساده اما حیاتی بنا شده است: اندازهگیری فوقدقیق زمان. برای اینکه گوشی هوشمند شما بتواند موقعیت دقیقتان را روی نقشه نشان دهد، باید زمان رسیدن سیگنالها از ماهوارهها به زمین را با دقت میلیثانیهای محاسبه کند. به همین دلیل، هر ماهواره در مدار زمین به ساعتهای اتمی مجهز است تا کمترین خطای زمانی رخ ندهد.
تضاد زمانی؛ زمین در برابر فضا
اما نکتهای وجود دارد که هر کاربر GPS باید بداند: زمان در همه جا یکسان نمیگذرد. طبق نظریات اینشتین، سرعت و گرانش بر گذر زمان اثر میگذارند. ماهوارههای GPS به دلیل دوری از مرکز زمین و سرعت بالای حرکتشان، زمانی را تجربه میکنند که با ساعتهای روی زمین متفاوت است.
محاسبات نشان میدهد ساعتهای اتمی موجود در ماهوارهها، روزانه حدود ۳۸ میکروثانیه سریعتر از ساعتهای روی زمین کار میکنند. شاید در نگاه اول این عدد ناچیز به نظر برسد، اما در دنیای فیزیک و ناوبری، هر میکروثانیه معنای متفاوتی دارد.
وقتی میکروثانیهها به کیلومتر تبدیل میشوند
سرعت نور، متغیر اصلی این معادله است. نور در هر میکروثانیه حدود ۳۰۰ متر جابهجا میشود. وقتی با اختلاف زمانی ۳۸ میکروثانیهای در روز مواجه میشویم، این خطا در محاسبات مکانی ضرب میشود. اگر مهندسان این تفاوت زمانی را نادیده میگرفتند، اتفاقات زیر رخ میداد:
- دقت مکانیابی به سرعت سقوط میکرد.
- خطای موقعیت در هر روز بیش از ۱۰ کیلومتر افزایش مییافت.
- سامانه ناوبری جهانی در مدت زمان کوتاهی عملاً غیرقابل استفاده میشد.
در واقع، برای جلوگیری از این فاجعه محاسباتی، نرمافزارهای مدیریت GPS بهطور مداوم اثرات نسبیتی را اصلاح میکنند. این یعنی هر بار که «گوگلمپ» یا هر مسیریاب دیگری شما را به مقصد میرساند، در واقع دارد از فرمولهای پیچیده نسبیت خاص و عام اینشتین برای تصحیح زمان استفاده میکند تا شما را به جای یک خیابان دورتر، دقیقاً در مقصد مورد نظرتان قرار دهد.
