스마트폰은 어떻게 여러분의 위치를 알까요? - 윌튼 L. 버고(Wilton L. Virgo)
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0:07 - 0:10어떻게 스마트폰은 여러분이
어디 있는지 정확하게 아는 걸까요? -
0:10 - 0:15그 답은 바로 여러분의 머리 위
12,000마일 떨어진 인공위성에서 -
0:15 - 0:21공전하며 양자역학의 힘으로 원자시계의
리듬으로 시간을 맞추는 데 있습니다. -
0:21 - 0:24휴~! 어렵네요.
좀 더 쉽게 풀어봅시다. -
0:24 - 0:27우선, 왜 인공위성의 시간을 아는것이
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0:27 - 0:32우리가 관심있는 위치를 알고자 할 때
왜 그렇게 중요할까요? -
0:32 - 0:34먼저 여러분의 스마트폰이
결정해야 하는 것은 -
0:34 - 0:37인공위성으로부터의 거리입니다.
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0:37 - 0:41각각의 인공위성은 끊임없이
라디오 신호를 보내고 있고, -
0:41 - 0:45그 신호는 빛의 속도로
여러분의 폰에 전달되죠. -
0:45 - 0:52그 폰은 신호 도착시간을 기록하고요,
이것으로 인공위성과의 거리를 계산하죠. -
0:52 - 0:58간단한 공식을 이용합니다.
'거리=C x 시간' -
0:58 - 1:03이때 C는 빛의 속도이고, 시간은
신호가 도착하는데 걸린 시간입니다. -
1:03 - 1:06하지만 문제가 하나 있는데,
빛이 엄청나게 빠르다는거죠. -
1:06 - 1:10우리가 아무리 시간을 초단위에
가장 가깝게 계산할 수 있다 할 지라도 -
1:10 - 1:13지구의 모든 위치, 혹은 지구 밖에서도
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1:13 - 1:16인공위성에서의 거리는 아마
같게 될 것입니다. -
1:16 - 1:20그래서, 거리를 피트 단위로
계산하기 위해서 -
1:20 - 1:24우리는 그동안 발명된 것 중에서
최고의 시계를 사용해야 합니다. -
1:24 - 1:26자, '원자시계' 등장합니다.
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1:26 - 1:28어떤것은 아주 정밀해서,
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1:28 - 1:34앞으로 심지어 3억년이 흘러도
단 1초의 오차도 없습니다. -
1:34 - 1:39원자시계는 양자물리학으로 움직입니다.
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1:39 - 1:42모든 시계는 반드시 지속적으로
일정한 주기를 갖고있어야 하는데요, -
1:42 - 1:46다른 말로하면, 시계는 어떤
반복되는 작업을 수행해서 -
1:46 - 1:49동일한 시간의 증가분을
표시해야 합니다. -
1:49 - 1:51마치 할아버지의 시계가
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1:51 - 1:56중력에 의해 지속적으로 왔다갔다하는
시계추에 의존하는 것처럼, -
1:56 - 1:58원자시계의 '똑딱'은
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1:58 - 2:03한 원자의 두 에너지 레벨 사이의
전이에 의해 유지됩니다. -
2:03 - 2:06이 지점이 바로 양자물리학이
들어와 작용하는 지점이죠. -
2:06 - 2:09양자역학에서는 원자가 에너지를
갖고 있다고 말합니다. -
2:09 - 2:13그러나 임의적으로 아무렇게나
에너지량을 갖을 수는 없다고 하죠. -
2:13 - 2:18대신, 원자에너지는
정밀한 수준으로 한정되어 있는데, -
2:18 - 2:20우리는 이것을 '양자' 라 합니다.
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2:20 - 2:24간단한 비유로, 고속도로를 달리는
자동차를 생각 해 보세요. -
2:24 - 2:26여러분이 속도를 올림에 따라,
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2:26 - 2:32아마, 보통 시속 20마일에서
최고 70마일 정도로 주행할 겁니다. -
2:32 - 2:35이제, 만약 양자 원자 자동차가
있다고 해 봅시다. -
2:35 - 2:38여러분은 아마 죽, 직선적으로
가속되지는 않을 겁니다. -
2:38 - 2:44대신, 한 속도에서 그 다음 속도로
확 뛰어넘거나 '전이'될 겁니다. -
2:44 - 2:49원자에서는 한 에너지 레벨에서
다른 에너지로 전이가 일어날 때, -
2:49 - 2:50양자역학에서 말하길,
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2:50 - 2:57에너지 편차 = 고유진동수 x 상수
라고 합니다. -
2:57 - 3:05에너지의 변화는 '플랑크 상수'라고하는
숫자 곱하기 진동수 라는거죠. -
3:05 - 3:10그 고유진동수가 바로 우리가
시계를 만들 때 필요로 하는 겁니다. -
3:10 - 3:16GPS위성은 표준진동으로
세슘과 루비듐원자를 쓰는데, -
3:16 - 3:29세슘 133의 경우, 시계 고유진동수는
9,192,631,770Hz입니다. -
3:29 - 3:33바로, 초당 9십억 회전이란 겁니다.
정말 빠른 시계인거죠. -
3:33 - 3:36제 아무리 기술좋다는
시계공이라 할지라도, -
3:36 - 3:40모든 시계추, 태엽방식,
수정방식 진동자라도, -
3:40 - 3:43공진함에 있어 약간의
진동편차가 있게 마련입니다. -
3:43 - 3:47하지만 우주상의 모든 세슘133원자는,
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3:47 - 3:51정확한 주기로 진자운동을 합니다.
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3:51 - 3:53그래서 고맙게도 원자시계 덕분에
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3:53 - 3:57우리는 10억분의 1초까지
정확하게 시간을 읽을 수 있고 -
3:57 - 4:02아주 정밀하게 인공위성으로부터의
거리를 측정할 수 있습니다. -
4:02 - 4:07여러분이 거의 지구에 있다는 사실에서
'아주 확실하게'를 무시해 봅시다. -
4:07 - 4:10이제 여러분이 인공위성으로부터
고정된 거리에 있다는 걸 알았습니다. -
4:10 - 4:13달리 말하면, 여러분은
지구 표면의 어딘가에 -
4:13 - 4:16인공위성의 중심에
자리 잡고 있다는 거예요. -
4:16 - 4:21두번째 위성으로부터 거리를 측정하면
지구에 겹치는 또 한부분을 알게 되죠. -
4:21 - 4:24계속 그렇게 하다가 네번째 측정에서,
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4:24 - 4:27아인슈타인의 상대성이론으로
약간의 수정과정을 거치면, -
4:27 - 4:32정확하게 여러분이 위치한 한 지점을
짚어낼 수 있게됩니다. -
4:33 - 4:35그게 필요한 전부입니다.
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4:35 - 4:38수십억달러짜리 인공위성 네트워크,
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4:38 - 4:43세슘원자의 진자운동, 양자역학,
상대성이론, 스마트폰, -
4:43 - 4:46그리고 여러분이 있는 거죠.
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4:46 - 4:48문제없어요!
- Title:
- 스마트폰은 어떻게 여러분의 위치를 알까요? - 윌튼 L. 버고(Wilton L. Virgo)
- Speaker:
- Wilton L. Virgo
- Description:
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전체 강연보기: http://ed.ted.com/lessons/how-does-your-smartphone-know-your-location-wilton-l-virgo
스마트폰의 GPS 위치정보 앱은 여행경로를 짜거나 주변 행사를 찾을 때 아주 편리합니다. 하지만, 어떻게 스마트폰이 당신의 위치를 알까요? 윌튼 L 버고(Wilton L. Virgo)는 12,000마일 상공에서 양자역학의 힘으로 운동하는 원자시계의 리듬에 따라 궤도를 돌고 있는 인공위성에 그 답이 있다고 설명합니다.
강연: 윌튼 L 버고(Wilton L Virgo)
영상제작: 닉 힐디치(Nick Hilditch) - Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 05:04
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