WEBVTT

00:00:06.590 --> 00:00:10.353
어떻게 스마트폰은 여러분이
어디 있는지 정확하게 아는 걸까요?

00:00:10.353 --> 00:00:15.176
그 답은 바로 여러분의 머리 위
12,000마일 떨어진 인공위성에서

00:00:15.176 --> 00:00:21.139
공전하며 양자역학의 힘으로 원자시계의
리듬으로 시간을 맞추는 데 있습니다.

00:00:21.139 --> 00:00:24.446
휴~! 어렵네요.
좀 더 쉽게 풀어봅시다.

00:00:24.446 --> 00:00:26.931
우선, 왜 인공위성의 시간을 아는것이

00:00:26.931 --> 00:00:32.149
우리가 관심있는 위치를 알고자 할 때
왜 그렇게 중요할까요?

00:00:32.149 --> 00:00:34.359
먼저 여러분의 스마트폰이
결정해야 하는 것은

00:00:34.359 --> 00:00:37.446
인공위성으로부터의 거리입니다.

00:00:37.446 --> 00:00:40.883
각각의 인공위성은 끊임없이
라디오 신호를 보내고 있고,

00:00:40.883 --> 00:00:45.352
그 신호는 빛의 속도로
여러분의 폰에 전달되죠.

00:00:45.352 --> 00:00:51.762
그 폰은 신호 도착시간을 기록하고요,
이것으로 인공위성과의 거리를 계산하죠.

00:00:51.762 --> 00:00:57.717
간단한 공식을 이용합니다.
'거리=C x 시간'

00:00:57.717 --> 00:01:03.085
이때 C는 빛의 속도이고, 시간은 
신호가 도착하는데 걸린 시간입니다.

00:01:03.085 --> 00:01:06.236
하지만 문제가 하나 있는데,
빛이 엄청나게 빠르다는거죠.

00:01:06.238 --> 00:01:09.640
우리가 아무리 시간을 초단위에 
가장 가깝게 계산할 수 있다 할 지라도

00:01:09.640 --> 00:01:12.950
지구의 모든 위치, 혹은 지구 밖에서도

00:01:12.950 --> 00:01:16.102
인공위성에서의 거리는 아마
같게 될 것입니다.

00:01:16.102 --> 00:01:20.375
그래서, 거리를 피트 단위로 
계산하기 위해서

00:01:20.375 --> 00:01:23.618
우리는 그동안 발명된 것 중에서
최고의 시계를 사용해야 합니다.

00:01:23.618 --> 00:01:25.979
자, '원자시계' 등장합니다.

00:01:25.979 --> 00:01:27.750
어떤것은 아주 정밀해서,

00:01:27.750 --> 00:01:34.313
앞으로 심지어 3억년이 흘러도
단 1초의 오차도 없습니다.

00:01:34.313 --> 00:01:38.847
원자시계는 양자물리학으로 움직입니다.

00:01:38.847 --> 00:01:41.718
모든 시계는 반드시 지속적으로
일정한 주기를 갖고있어야 하는데요,

00:01:41.718 --> 00:01:45.691
다른 말로하면, 시계는 어떤
반복되는 작업을 수행해서

00:01:45.691 --> 00:01:49.385
동일한 시간의 증가분을 
표시해야 합니다.

00:01:49.385 --> 00:01:51.216
마치 할아버지의 시계가

00:01:51.216 --> 00:01:55.607
중력에 의해 지속적으로 왔다갔다하는
시계추에 의존하는 것처럼,

00:01:55.607 --> 00:01:57.939
원자시계의 '똑딱'은

00:01:57.939 --> 00:02:03.041
한 원자의 두 에너지 레벨 사이의 
전이에 의해 유지됩니다.

00:02:03.041 --> 00:02:05.909
이 지점이 바로 양자물리학이
들어와 작용하는 지점이죠.

00:02:05.909 --> 00:02:09.311
양자역학에서는 원자가 에너지를
갖고 있다고 말합니다.

00:02:09.311 --> 00:02:12.968
그러나 임의적으로 아무렇게나
에너지량을 갖을 수는 없다고 하죠.

00:02:12.968 --> 00:02:18.215
대신, 원자에너지는
정밀한 수준으로 한정되어 있는데,

00:02:18.215 --> 00:02:20.300
우리는 이것을 '양자' 라 합니다.

00:02:20.300 --> 00:02:24.402
간단한 비유로, 고속도로를 달리는
자동차를 생각 해 보세요.

00:02:24.402 --> 00:02:25.730
여러분이 속도를 올림에 따라,

00:02:25.730 --> 00:02:32.222
아마, 보통 시속 20마일에서
최고 70마일 정도로 주행할 겁니다.

00:02:32.222 --> 00:02:34.792
이제, 만약 양자 원자 자동차가
있다고 해 봅시다.

00:02:34.792 --> 00:02:37.778
여러분은 아마 죽, 직선적으로
가속되지는 않을 겁니다.

00:02:37.778 --> 00:02:44.495
대신, 한 속도에서 그 다음 속도로
확 뛰어넘거나 '전이'될 겁니다.

00:02:44.495 --> 00:02:48.768
원자에서는 한 에너지 레벨에서
다른 에너지로 전이가 일어날 때,

00:02:48.768 --> 00:02:50.493
양자역학에서 말하길,

00:02:50.493 --> 00:02:57.212
에너지 편차 = 고유진동수 x 상수
라고 합니다.

00:02:57.212 --> 00:03:05.109
에너지의 변화는 '플랑크 상수'라고하는
숫자 곱하기 진동수 라는거죠.

00:03:05.109 --> 00:03:10.236
그 고유진동수가 바로 우리가
시계를 만들 때 필요로 하는 겁니다.

00:03:10.236 --> 00:03:16.146
GPS위성은 표준진동으로 
세슘과 루비듐원자를 쓰는데,

00:03:16.146 --> 00:03:28.846
세슘 133의 경우, 시계 고유진동수는
9,192,631,770Hz입니다.

00:03:28.846 --> 00:03:33.436
바로, 초당 9십억 회전이란 겁니다.
정말 빠른 시계인거죠.

00:03:33.436 --> 00:03:36.005
제 아무리 기술좋다는
시계공이라 할지라도,

00:03:36.005 --> 00:03:39.690
모든 시계추, 태엽방식, 
수정방식 진동자라도,

00:03:39.690 --> 00:03:42.760
공진함에 있어 약간의
진동편차가 있게 마련입니다.

00:03:42.760 --> 00:03:46.969
하지만 우주상의 모든 세슘133원자는,

00:03:46.969 --> 00:03:51.338
정확한 주기로 진자운동을 합니다.

00:03:51.338 --> 00:03:53.261
그래서 고맙게도 원자시계 덕분에

00:03:53.261 --> 00:03:57.159
우리는 10억분의 1초까지 
정확하게 시간을 읽을 수 있고

00:03:57.159 --> 00:04:01.974
아주 정밀하게 인공위성으로부터의
거리를 측정할 수 있습니다.

00:04:01.974 --> 00:04:06.821
여러분이 거의 지구에 있다는 사실에서
'아주 확실하게'를 무시해 봅시다.

00:04:06.821 --> 00:04:10.327
이제 여러분이 인공위성으로부터
고정된 거리에 있다는 걸 알았습니다.

00:04:10.327 --> 00:04:13.187
달리 말하면, 여러분은
지구 표면의 어딘가에

00:04:13.187 --> 00:04:15.950
인공위성의 중심에
자리 잡고 있다는 거예요.

00:04:15.950 --> 00:04:21.107
두번째 위성으로부터 거리를 측정하면
지구에 겹치는 또 한부분을 알게 되죠.

00:04:21.107 --> 00:04:23.936
계속 그렇게 하다가 네번째 측정에서,

00:04:23.936 --> 00:04:27.269
아인슈타인의 상대성이론으로
약간의 수정과정을 거치면,

00:04:27.269 --> 00:04:31.737
정확하게 여러분이 위치한 한 지점을
짚어낼 수 있게됩니다.

00:04:33.367 --> 00:04:34.970
그게 필요한 전부입니다.

00:04:34.970 --> 00:04:37.770
수십억달러짜리 인공위성 네트워크,

00:04:37.770 --> 00:04:43.094
세슘원자의 진자운동, 양자역학,
상대성이론, 스마트폰,

00:04:43.094 --> 00:04:45.624
그리고 여러분이 있는 거죠.

00:04:45.624 --> 00:04:47.577
문제없어요!