你手机上的定位图标,能把你找到几米以内。这件事背后,用到了相对论。我们来把这条链子走一遍。手机定位靠的是卫星。
天上现在有三十多颗导航卫星,在两万公里的高度绕着地球飞。每颗卫星上都有一个原子钟。卫星不停发信号,告诉全世界:我是谁,我在哪,现在几点。你的手机收到四颗以上卫星的信号,就能算出自己的位置。
原理是看信号到达的时间差。因为信号以光速传播,一微秒的误差,就是三百米的距离误差。所以卫星上的钟必须非常准。但问题来了。
卫星在很高的地方,引力比地面弱。广义相对论说,引力弱的地方,时间走得快。这一项,让卫星的钟每天快大约四十五微秒。同时卫星在高速运动,每秒三点九公里。
狭义相对论说,速度快的钟走得慢。这一项,让卫星的钟每天慢大约七微秒。两项加起来,卫星的钟每天比地面快三十八微秒。三十八微秒听起来很小。
但乘以光速,就是十一公里。如果工程师不管相对论,你的定位每天就会偏十公里以上。所以每一颗导航卫星的钟,出厂时就被调慢了一点点。这不是修正,是设计。
卫星的原子钟在制造的时候,频率就设成了偏低的。这样到了轨道上,相对论的效应正好把它补回来。顺便说一句,为什么至少要四颗卫星?因为你要同时解四个未知数:经度、纬度、高度,还有时间。
每颗卫星提供一个方程,所以四颗才够。而那个时间,正是相对论要修正的一项。所以你的手机,本质上在解一个四元方程组。所以下次你打开地图,可以想一下这件事。
那几米的精度里,有一半是相对论的功劳。想聊的在评论区说说。