0:00:06.760,0:00:10.453
Skąd smartfon wie dokładnie, [br]gdzie się znajdujesz?

0:00:10.453,0:00:13.756
Odpowiedź na to pytanie [br]jest 20 000 km nad nami,

0:00:13.756,0:00:18.229
w satelicie okołoziemskim, [br]mierzącym czas według zegara atomowego

0:00:18.229,0:00:21.406
napędzanego przez mechanikę kwantową.

0:00:21.406,0:00:22.436
Uf.

0:00:22.436,0:00:24.425
Jeszcze raz, po kolei.

0:00:24.425,0:00:29.121
Po pierwsze, czemu trzeba znać [br]dokładny czas na satelicie,

0:00:29.121,0:00:32.149
skoro pytamy o miejsce?

0:00:32.149,0:00:34.359
Pierwszą rzeczą, jaką określa telefon,

0:00:34.359,0:00:37.696
jest odległość od satelity.

0:00:37.696,0:00:40.883
Satelity nieustannie emitują [br]sygnały radiowe.

0:00:40.883,0:00:45.762
Sygnały lecą do telefonu[br]z prędkością światła.

0:00:45.762,0:00:48.562
Telefon notuje otrzymanie sygnału

0:00:48.562,0:00:51.753
i przelicza na odległość do satelity

0:00:51.753,0:00:57.717
według wzoru: odległość = c x czas,

0:00:57.717,0:01:03.085
gdzie c to prędkość światła, [br]a czas to długość podróży sygnału.

0:01:03.085,0:01:04.336
Nie jest to takie proste.

0:01:04.336,0:01:06.238
Światło jest niezwykle szybkie.

0:01:06.238,0:01:09.640
Gdyby mierzyć czas [br]tylko z dokładnością do sekundy,

0:01:09.640,0:01:12.950
z każdego miejsca na Ziemi, a nawet dalej,

0:01:12.950,0:01:16.102
odległość do satelity wyda się taka sama.

0:01:16.102,0:01:20.375
Żeby obliczyć odległość [br]z precyzją do kilkudziesięciu metrów,

0:01:20.375,0:01:24.168
potrzebujemy najlepszego zegara.

0:01:24.168,0:01:27.697
Najlepsze są zegary atomowe. [br]Niektóre są tak precyzyjne,

0:01:27.697,0:01:30.563
że nie zyskują ani nie tracą ani sekundy,

0:01:30.563,0:01:35.603
choćby pracowały [br]przez następne 300 milionów lat.

0:01:35.603,0:01:38.847
Zegary atomowe opierają się [br]na fizyce kwantowej.

0:01:38.847,0:01:41.808
Wszystkie zegary pracują[br]ze stałą częstotliwością,

0:01:41.808,0:01:45.371
czyli muszą powtarzać tę samą czynność,

0:01:45.371,0:01:49.385
żeby zaznaczyć jednakowy przyrost czasu.

0:01:49.385,0:01:52.731
Tak, jak działanie zegara stojącego [br]polega na nieustannym ruchu

0:01:52.731,0:01:55.847
wahadła pod wpływem grawitacji,

0:01:55.847,0:01:57.939
tik-tak zegara atomowego

0:01:57.939,0:02:03.041
polega na zmianie poziomu [br]energii w atomie.

0:02:03.041,0:02:06.069
Tutaj wchodzi fizyka kwantowa.

0:02:06.069,0:02:09.311
Fizyka kwantowa mówi, [br]że atomy przenoszą energię.

0:02:09.311,0:02:13.168
Nie dowolną ilość energii, [br]tylko określoną jej porcję.

0:02:13.168,0:02:18.215
Energia atomowa ogranicza się więc ściśle [br]do konkretnego poziomu.

0:02:18.215,0:02:20.300
Ilość energii poziomu nazywa się kwantem.

0:02:20.300,0:02:24.402
Analogicznie, samochód na autostradzie,

0:02:24.402,0:02:25.730
gdy zaczyna przyspieszać,

0:02:25.730,0:02:32.222
płynnie przechodzi z 30 do 110 km/h.

0:02:32.222,0:02:34.792
Samochód poruszany kwantami atomowymi

0:02:34.792,0:02:37.778
nie przyspieszałby w ten sposób.

0:02:37.778,0:02:44.495
Natychmiast przeskoczyłby[br]z jednej prędkości do następnej.

0:02:44.495,0:02:48.768
Kiedy atom zmienia poziom energii,

0:02:48.768,0:02:50.183
mechanika kwantowa mówi,

0:02:50.183,0:02:54.622
że różnica w energii równa jest [br]charakterystycznej częstotliwości,

0:02:54.622,0:02:57.199
pomnożonej przez stałą,

0:02:57.199,0:03:02.815
gdzie zmiana energii równa się[br]ilorazowi liczby zwanej stałą Plancka

0:03:02.815,0:03:05.092
i częstotliwości.

0:03:05.092,0:03:10.297
Ta częstotliwość jest potrzebna [br]do ustawienia naszego zegara.

0:03:10.297,0:03:13.681
Satelity GPS [br]używają atomów cezu i rubidu

0:03:13.681,0:03:15.865
jako wyznaczników częstotliwości.

0:03:15.865,0:03:18.651
W przypadku cezu 133

0:03:18.651,0:03:27.726
częstotliwość zegara wynosi [br]9 192 631 770 Hz.

0:03:28.846,0:03:31.636
Czyli 9 miliardów cykli na sekundę.

0:03:31.636,0:03:33.625
Naprawdę szybki zegar.

0:03:33.625,0:03:36.005
Niezależnie od talentu zegarmistrza,

0:03:36.005,0:03:38.160
każde wahadło, mechanizm nakręcany

0:03:38.160,0:03:42.760
czy rezonans kwarcowy, będzie pracować[br]z inną częstotliwością.

0:03:42.760,0:03:46.969
Każdy atom cezu 133 we wszechświecie

0:03:46.969,0:03:50.818
oscyluje z identyczną częstotliwością.

0:03:50.818,0:03:53.261
Dzięki zegarom atomowym

0:03:53.261,0:03:57.279
czas odczytywany jest z dokładnością [br]do 1 miliardowej sekundy,

0:03:57.279,0:04:02.294
co daje precyzyjny pomiar [br]odległości do satelity.

0:04:02.294,0:04:06.821
Pomińmy fakt, że prawie[br]na pewno jesteś na Ziemi.

0:04:06.821,0:04:10.327
Wiadomo, że jesteś [br]w określonej odległości od satelity.

0:04:10.327,0:04:13.187
Innymi słowy, jesteś gdzieś[br]na powierzchni kuli

0:04:13.187,0:04:15.950
tworzonej przez zasięg promienia satelity.

0:04:15.950,0:04:18.137
Dodając drugi pomiar z innego satelity,

0:04:18.137,0:04:21.218
otrzymamy nakładające się kręgi.

0:04:21.218,0:04:22.186
Powtarzając pomiary,

0:04:22.186,0:04:23.793
przy czwartym wyniku

0:04:23.793,0:04:27.269
i małej poprawce [br]według teorii względności Einsteina

0:04:27.269,0:04:31.737
można dokładnie określić [br]swoją pozycję w przestrzeni.

0:04:33.537,0:04:34.970
I tak to działa:

0:04:34.970,0:04:37.770
wielomiliardowa sieć satelitów,

0:04:37.770,0:04:39.817
oscylujące atomy cezu,

0:04:39.817,0:04:41.232
mechanika kwantowa,

0:04:41.232,0:04:42.327
względność,

0:04:42.327,0:04:43.484
smartfon

0:04:43.484,0:04:45.727
i ty.

0:04:45.727,0:04:47.109
Nie ma problemu.