WEBVTT

00:00:06.760 --> 00:00:10.453
Skąd smartfon wie dokładnie, 
gdzie się znajdujesz?

00:00:10.453 --> 00:00:13.756
Odpowiedź na to pytanie 
jest 20 000 km nad nami,

00:00:13.756 --> 00:00:18.229
w satelicie okołoziemskim, 
mierzącym czas według zegara atomowego

00:00:18.229 --> 00:00:21.406
napędzanego przez mechanikę kwantową.

00:00:21.406 --> 00:00:22.436
Uf.

00:00:22.436 --> 00:00:24.425
Jeszcze raz, po kolei.

00:00:24.425 --> 00:00:29.121
Po pierwsze, czemu trzeba znać 
dokładny czas na satelicie,

00:00:29.121 --> 00:00:32.149
skoro pytamy o miejsce?

00:00:32.149 --> 00:00:34.359
Pierwszą rzeczą, jaką określa telefon,

00:00:34.359 --> 00:00:37.696
jest odległość od satelity.

00:00:37.696 --> 00:00:40.883
Satelity nieustannie emitują 
sygnały radiowe.

00:00:40.883 --> 00:00:45.762
Sygnały lecą do telefonu
z prędkością światła.

00:00:45.762 --> 00:00:48.562
Telefon notuje otrzymanie sygnału

00:00:48.562 --> 00:00:51.753
i przelicza na odległość do satelity

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

00:00:57.717 --> 00:01:03.085
gdzie c to prędkość światła, 
a czas to długość podróży sygnału.

00:01:03.085 --> 00:01:04.336
Nie jest to takie proste.

00:01:04.336 --> 00:01:06.238
Światło jest niezwykle szybkie.

00:01:06.238 --> 00:01:09.640
Gdyby mierzyć czas 
tylko z dokładnością do sekundy,

00:01:09.640 --> 00:01:12.950
z każdego miejsca na Ziemi, a nawet dalej,

00:01:12.950 --> 00:01:16.102
odległość do satelity wyda się taka sama.

00:01:16.102 --> 00:01:20.375
Żeby obliczyć odległość 
z precyzją do kilkudziesięciu metrów,

00:01:20.375 --> 00:01:24.168
potrzebujemy najlepszego zegara.

00:01:24.168 --> 00:01:27.697
Najlepsze są zegary atomowe. 
Niektóre są tak precyzyjne,

00:01:27.697 --> 00:01:30.563
że nie zyskują ani nie tracą ani sekundy,

00:01:30.563 --> 00:01:35.603
choćby pracowały 
przez następne 300 milionów lat.

00:01:35.603 --> 00:01:38.847
Zegary atomowe opierają się 
na fizyce kwantowej.

00:01:38.847 --> 00:01:41.808
Wszystkie zegary pracują
ze stałą częstotliwością,

00:01:41.808 --> 00:01:45.371
czyli muszą powtarzać tę samą czynność,

00:01:45.371 --> 00:01:49.385
żeby zaznaczyć jednakowy przyrost czasu.

00:01:49.385 --> 00:01:52.731
Tak, jak działanie zegara stojącego 
polega na nieustannym ruchu

00:01:52.731 --> 00:01:55.847
wahadła pod wpływem grawitacji,

00:01:55.847 --> 00:01:57.939
tik-tak zegara atomowego

00:01:57.939 --> 00:02:03.041
polega na zmianie poziomu 
energii w atomie.

00:02:03.041 --> 00:02:06.069
Tutaj wchodzi fizyka kwantowa.

00:02:06.069 --> 00:02:09.311
Fizyka kwantowa mówi, 
że atomy przenoszą energię.

00:02:09.311 --> 00:02:13.168
Nie dowolną ilość energii, 
tylko określoną jej porcję.

00:02:13.168 --> 00:02:18.215
Energia atomowa ogranicza się więc ściśle 
do konkretnego poziomu.

00:02:18.215 --> 00:02:20.300
Ilość energii poziomu nazywa się kwantem.

00:02:20.300 --> 00:02:24.402
Analogicznie, samochód na autostradzie,

00:02:24.402 --> 00:02:25.730
gdy zaczyna przyspieszać,

00:02:25.730 --> 00:02:32.222
płynnie przechodzi z 30 do 110 km/h.

00:02:32.222 --> 00:02:34.792
Samochód poruszany kwantami atomowymi

00:02:34.792 --> 00:02:37.778
nie przyspieszałby w ten sposób.

00:02:37.778 --> 00:02:44.495
Natychmiast przeskoczyłby
z jednej prędkości do następnej.

00:02:44.495 --> 00:02:48.768
Kiedy atom zmienia poziom energii,

00:02:48.768 --> 00:02:50.183
mechanika kwantowa mówi,

00:02:50.183 --> 00:02:54.622
że różnica w energii równa jest 
charakterystycznej częstotliwości,

00:02:54.622 --> 00:02:57.199
pomnożonej przez stałą,

00:02:57.199 --> 00:03:02.815
gdzie zmiana energii równa się
ilorazowi liczby zwanej stałą Plancka

00:03:02.815 --> 00:03:05.092
i częstotliwości.

00:03:05.092 --> 00:03:10.297
Ta częstotliwość jest potrzebna 
do ustawienia naszego zegara.

00:03:10.297 --> 00:03:13.681
Satelity GPS 
używają atomów cezu i rubidu

00:03:13.681 --> 00:03:15.865
jako wyznaczników częstotliwości.

00:03:15.865 --> 00:03:18.651
W przypadku cezu 133

00:03:18.651 --> 00:03:27.726
częstotliwość zegara wynosi 
9 192 631 770 Hz.

00:03:28.846 --> 00:03:31.636
Czyli 9 miliardów cykli na sekundę.

00:03:31.636 --> 00:03:33.625
Naprawdę szybki zegar.

00:03:33.625 --> 00:03:36.005
Niezależnie od talentu zegarmistrza,

00:03:36.005 --> 00:03:38.160
każde wahadło, mechanizm nakręcany

00:03:38.160 --> 00:03:42.760
czy rezonans kwarcowy, będzie pracować
z inną częstotliwością.

00:03:42.760 --> 00:03:46.969
Każdy atom cezu 133 we wszechświecie

00:03:46.969 --> 00:03:50.818
oscyluje z identyczną częstotliwością.

00:03:50.818 --> 00:03:53.261
Dzięki zegarom atomowym

00:03:53.261 --> 00:03:57.279
czas odczytywany jest z dokładnością 
do 1 miliardowej sekundy,

00:03:57.279 --> 00:04:02.294
co daje precyzyjny pomiar 
odległości do satelity.

00:04:02.294 --> 00:04:06.821
Pomińmy fakt, że prawie
na pewno jesteś na Ziemi.

00:04:06.821 --> 00:04:10.327
Wiadomo, że jesteś 
w określonej odległości od satelity.

00:04:10.327 --> 00:04:13.187
Innymi słowy, jesteś gdzieś
na powierzchni kuli

00:04:13.187 --> 00:04:15.950
tworzonej przez zasięg promienia satelity.

00:04:15.950 --> 00:04:18.137
Dodając drugi pomiar z innego satelity,

00:04:18.137 --> 00:04:21.218
otrzymamy nakładające się kręgi.

00:04:21.218 --> 00:04:22.186
Powtarzając pomiary,

00:04:22.186 --> 00:04:23.793
przy czwartym wyniku

00:04:23.793 --> 00:04:27.269
i małej poprawce 
według teorii względności Einsteina

00:04:27.269 --> 00:04:31.737
można dokładnie określić 
swoją pozycję w przestrzeni.

00:04:33.537 --> 00:04:34.970
I tak to działa:

00:04:34.970 --> 00:04:37.770
wielomiliardowa sieć satelitów,

00:04:37.770 --> 00:04:39.817
oscylujące atomy cezu,

00:04:39.817 --> 00:04:41.232
mechanika kwantowa,

00:04:41.232 --> 00:04:42.327
względność,

00:04:42.327 --> 00:04:43.484
smartfon

00:04:43.484 --> 00:04:45.727
i ty.

00:04:45.727 --> 00:04:47.109
Nie ma problemu.