Return to Video

Come fa il tuo cellulare a conoscere la tua posizione? - Wilton L. Virgo

  • 0:07 - 0:10
    Come fa il tuo cellulare
    a sapere la tua esatta posizione?
  • 0:10 - 0:14
    La risposta si trova a 20.000 chilometri
    sopra di te
  • 0:14 - 0:18
    in un satellite che tiene il tempo
    col ritmo di un orologio atomico
  • 0:18 - 0:21
    che funziona grazie
    alla meccanica quantistica.
  • 0:21 - 0:22
    Fiu!
  • 0:22 - 0:24
    Analizziamo la cosa più nel dettaglio.
  • 0:24 - 0:29
    Prima di tutto, perché è così importante
    sapere che ora è su un satellite
  • 0:29 - 0:32
    quando ciò che ci interessa
    è la posizione?
  • 0:32 - 0:34
    La prima cosa che il telefono
    deve calcolare
  • 0:34 - 0:38
    è la sua distanza dal satellite.
  • 0:38 - 0:41
    Ogni satellite trasmette continuamente
    segnali radio
  • 0:41 - 0:46
    che viaggiano dallo spazio al tuo telefono
    alla velocità della luce.
  • 0:46 - 0:49
    Il tuo telefono registra il tempo
    in cui il segnale arriva
  • 0:49 - 0:52
    e lo usa per calcolare
    la distanza dal satellite
  • 0:52 - 0:56
    usando la seplice formula
    distanza = c x tempo,
  • 0:56 - 0:59
    dove "c" è la velocità della luce
    e il tempo è quello impiegato
  • 0:59 - 1:03

    dal segnale che è arrivato.
    Ma c'è un problema.
  • 1:04 - 1:06
    La luce è incredibilmente veloce.
  • 1:06 - 1:10
    Se solo riuscissimo a calcolare
    l'unità di tempo fosse al secondo
  • 1:10 - 1:13
    ogni punto della Terra, e molto più in là,
  • 1:13 - 1:16
    risulterebbero alla stessa distanza
    dal satellite.
  • 1:16 - 1:20
    Per calcolare la distanza con uno scarto
    di poche decine di metri
  • 1:20 - 1:24
    ci occorre il miglior orologio
    mai inventato.
  • 1:24 - 1:28
    Ecco a voi gli orologi atomici,
    alcuni dei quali sono così precisi
  • 1:28 - 1:31
    che non perderebbero
    né guadagnerebbero un solo secondo
  • 1:31 - 1:36
    anche se funzionassero per i prossimi
    300 milioni di anni.
  • 1:36 - 1:39
    Gli orologi atomici funzionano
    grazie alla fisica quantistica.
  • 1:39 - 1:42
    Tutti gli orologi devono avere
    una frequenza costante:
  • 1:42 - 1:45
    un orologio deve eseguire
    una qualche azione ripetitiva
  • 1:45 - 1:49
    per marcare incrementi
    di tempo equivalenti.
  • 1:49 - 1:53
    Così come un orologio a pendolo
    dipende dalla costante oscillazione
  • 1:53 - 1:56
    avanti e indietro di un pendolo
    causata dalla forza di gravità,
  • 1:56 - 1:58
    così il ticchettio di un orologio atomico
  • 1:58 - 2:03
    è mantenuto dalla transizione
    di un atomo tra due livelli energetici.
  • 2:03 - 2:06
    È qui che entra in gioco
    la fisica quantistica.
  • 2:06 - 2:09
    La meccanica quantistica ci dice
    che gli atomi hanno dell'energia,
  • 2:09 - 2:13
    ma non possono averne
    una quantità arbitraria.
  • 2:13 - 2:14
    Al contrario,
  • 2:14 - 2:18
    l'energia atomica può assumere
    solo un insieme discreto di valori,
  • 2:18 - 2:20
    chiamati "quanti".
  • 2:20 - 2:24
    A titolo di esempio,
    immaginate di guidare in autostrada.
  • 2:24 - 2:26
    Aumentando la velocità,
  • 2:26 - 2:32
    normalmente passate
    in maniera continua da 30 km/h a 110.
  • 2:32 - 2:35
    Invece, se aveste
    un'automobile quantistica
  • 2:35 - 2:38
    non potreste accelerare
    in maniera lineare.
  • 2:38 - 2:40
    Al contrario, fareste un "salto",
  • 2:40 - 2:42
    o meglio, una transizione,
  • 2:42 - 2:44
    da una velocità all'altra.
  • 2:44 - 2:49
    Quando un atomo si sposta
    da un livello energetico a un altro
  • 2:49 - 2:50
    la meccanica quantistica dice
  • 2:50 - 2:55
    che la differenza di energia è pari
    alla frequenza caratteristica,
  • 2:55 - 2:57
    moltiplicata per una costante,
  • 2:57 - 3:03
    dove la variazione di energia
    è pari alla costante di Planck
  • 3:03 - 3:05
    moltiplicata per la frequenza.
  • 3:05 - 3:08
    La frequenza caratteristica
    è quello che ci serve
  • 3:08 - 3:10
    per realizzare il nostro orologio.
  • 3:10 - 3:16
    I satelliti GPS usano gli atomi di cesio
    e rubidio come standard di frequenza.
  • 3:16 - 3:19
    Nel caso del cesio 133,
  • 3:19 - 3:29
    la frequenza caratteristica dell'orologio
    è di 9.192.631.770 Hz.
  • 3:29 - 3:32
    Ovvero 9 miliardi di cicli al secondo.
  • 3:32 - 3:34
    Un orologio davvero veloce.
  • 3:34 - 3:36
    Non importa
    quanto sia bravo l'orologiaio,
  • 3:36 - 3:38
    ogni pendolo, ogni meccanismo a molla
  • 3:38 - 3:43
    o al quarzo risuona a una frequenza
    leggermente diversa.
  • 3:43 - 3:47
    Invece, ogni atomo di cesio 133
    presente nell'universo
  • 3:47 - 3:51
    oscilla esattamente alla stessa frequenza.
  • 3:51 - 3:53
    Perciò, grazie agli orologi atomici,
  • 3:53 - 3:57
    la rilevazione del tempo è precisa
    al miliardesimo di secondo,
  • 3:57 - 4:02
    e una misurazione molto precisa
    della distanza dal satellite.
  • 4:02 - 4:07
    Lasciamo perdere il fatto che
    quasi certamente ti trovi sulla Terra.
  • 4:07 - 4:10
    Sappiamo ora
    che sei a una distanza fissa dal satellite.
  • 4:10 - 4:13
    In altre parole, occupi un punto
    sulla superficie di una sfera
  • 4:13 - 4:16
    che ha per centro il satellite.
  • 4:16 - 4:18
    Misura la tua distanza
    da un secondo satellite
  • 4:18 - 4:21
    e ottieni un'altra sfera
    sovrapposta alla prima.
  • 4:21 - 4:22
    Procedi così,
  • 4:22 - 4:24
    e con sole quattro misurazioni,
  • 4:24 - 4:27
    più una piccola correzione usando
    la teoria della relatività di Einstein,
  • 4:27 - 4:34
    puoi stabilire la tua esatta posizione
    in un punto preciso dello spazio.
  • 4:34 - 4:35
    Dunque, ecco cosa occorre:
  • 4:35 - 4:38
    una rete di satelliti
    da miliardi di dollari,
  • 4:38 - 4:40
    atomi di cesio che oscillano,
  • 4:40 - 4:41
    meccanica quantistica,
  • 4:41 - 4:42
    relatività,
  • 4:42 - 4:43
    un cellulare,
  • 4:43 - 4:46
    e tu.
  • 4:46 - 4:47
    Non c'è problema.
Title:
Come fa il tuo cellulare a conoscere la tua posizione? - Wilton L. Virgo
Speaker:
Wilton L. Virgo
Description:

Guarda la lezione completa: http://ed.ted.com/lessons/how-does-your-smartphone-know-your-location-wilton-l-virgo

Le app di localizzazione GPS disponibili per i cellulari possono essere molto comode quando vuoi calcolare un percorso o quando vuoi cercare informazioni su eventi nelle tue vicinanze. Ma come fa il tuo cellulare a conoscere la tua posizione? Wilton L. Virgo spiega che la risposta si trova a 20.000 chilometri sopra di noi, su un satellite orbitante che tiene il tempo al ritmo di un orologio atomico che funziona grazie alla meccanica quantistica.

Lezione di Wilton L. Virgo, animazione di Nick Hilditch.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:04

Italian subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.