Kaip jūsų išmanieji tiksliai nustato
kur esate?

Atsakymas slypi 19 312 km virš jūsų galvų,

orbitos palydove, kuris 
kvantinės mechanikos pagalba

susieja laiką su atominio laikrodžio 
tiksėjimu.

(Atodūsis)

Panagrinėkime.

Pirmiausia, kodėl taip svarbu žinoti,
koks laikas yra palydove

kai mus domina lokacija?

Pirmas dalykas,
kurį turi nustatyti telefonas,

tai kaip toli jis yra nuo palydovo.

Kiekvienas palydovas pastoviai transliuoja
signalus,

kurie iš kosminės erdvės, šviesos greičiu,
atkeliauja į jūsų telefonus.

Jūsų telefonas įrašo signalo gavimo laiką

ir naudoja jį nustatyti
atstumui iki palydovo,

pasitelkiant paprastą formulę: 
atstumas = c × laikas,

kur c yra šviesos greitis, o laikas parodo
per kiek laiko signalas atkeliavo.

Bet yra problema.

Šviesos greitis neįtikėtinai didelis.

Jei mes gebėtume suskaičiuoti
laiką tik sekundės tikslumu,

visos vietos žemėje ir dar toliau

atrodytų nutolusios nuo palydovo
tokiu pačiu atstumu.

Taigi, kad nustatytume tą atstumą
kelių dešimčių kilometrų tikslumu,

mums reikia 
geriausio kada nors išrasto laikrodžio.

Štai įžengia atominiai laikrodžiai,
kai kurie tokie tikslūs,

kad nepridėtų ir neatimtų nė sekundės,

net jei veiktų dar 300 milijonų metų.

Atominiai laikrodžiai veikia
dėl kvantinės fizikos.

Visi jie turi turėti pastovų dažnį.

Kitaip tariant, laikrodis turi
pakartotinai atlikti veiksmus,

kad pažymėtų ekvivalenčius
laiko žingsnelius.

Taip pat kaip senelio laikrodis 
remiasi pastoviu švytuoklės judėjimu

pirmyn ir atgal, pagal gravitaciją,

atominio laikrodžio tiksėjimas palaikomas

judėjimo tarp
dviejų atomo energijos lygių.

Štai kur pasirodo kvantinė fizika.

Kvantinė mechanika teigia, kad
atomai laiko energiją,

bet jie negali jos turėti kiek panorėję.

Atominė energija gali būti 
tik keleto preciziškai nustatytų lygių.

Mes juos vadiname kvantais.

Palyginimui, galvokite kaip įvažiuojate
į greitkelį.

Didintumėte greitį nuo,

sakykime, 30 km/h iki 110 km/h.

O jeigu turėtumėte kvantinę atomų mašiną,

nedidintumėte greičio nuosekliai.

Vietoj to, staigiai peršoktumėte
iš vieno greičio į kitą.

Atomui keičiantis iš vieno
energijos lygio į kitą,

kvantinė mechanika teigia,

kad energijos skirtumas lygus

dažnio sandaugai su pastoviu dydžiu,

o energijos pakitimas lygus skaičiui,
vadinamam Planko konstanta,

jį padauginus iš dažnio.

Tas dažnis ir yra tai ko mums reikia
atominiam laikrodžiui.

GPS palydovai naudoja cezio ir rubidžio
atomus kaip dažnio standartus.

Cezio 133 atveju,

charakteristinis laikrodžio dažnis yra
9 192 631 770 hercų.

Tai 9 milijardai apsisukimų per sekundę.

Tai tikrai greitas laikrodis.

Nesvarbu koks įgudęs bebūtų
laikrodininkas,

kiekviena švytuoklė, 
apsisukimų mechanizmas

ir kvarco kristalas rezonuoja
šiek tiek skirtingu dažniu.

Kaip bebūtų, kiekvienas cezio 133 atomas
visatoje

virpa tokiu pačiu dažniu.

Taigi, atomonio laikrodžio dėka,

laiką nustatome 1 milijardosios
sekundės tikslumu

ir atstumą nuo palydovo nustatome
labai tiksliai.

Ignoruokim faktą, kad tikriausiai 
esate žemėje.

Mes žinome, kad esate
nustatytu atstumu nuo palydovo.

Kitaip tariant, esate
kažkur ant sferos paviršiaus,

kuris gaubia palydovą.

Pamatuokite atstumą nuo savęs
iki kito palydovo

ir gausite dar vietą sutampančią sferą.

Darykite tai toliau

ir jau po keturių pamatavimų

ir nedidelės korekcijos pagal 
Einšteino reliatyvumo teoriją,

galėsite tiksliai nustatyti
savo lokaciją erdvėje.

Taigi štai ko reikia:

multi-milijardinės vertės palydovų tinklų,

virpančių cezio atomų,

kvantinės mechanikos,

reliatyvumo,

išmaniojo telefono

ir tavęs.

Tai tiek.