スマートフォンがあなたの正確な位置を知る方法

概要

本記事では、スマートフォンがどのようにしてあなたの位置を正確に特定できるのかについて探求します。原子時計、量子力学、そして相対性理論の重要性について掘り下げます。

衛星上の時刻の知識の重要性

あなたの位置を特定するには、スマートフォンは衛星からの距離を知る必要があります。各衛星は常に光速で移動する無線信号を放送しています。あなたの電話は信号の到着時間を記録し、信号が移動した時間を使用して衛星までの距離を計算します。ただし、光は非常に速く、秒単位で時間を計算できる場合、地球上のすべての場所が衛星から同じ距離に見えてしまいます。したがって、これまでに発明された最高の時計が必要です。

原子時計と量子力学

これまでに発明された最高の時計は原子時計で、中には300万年間走っても1秒も進まないほど正確なものもあります。原子時計は量子物理学によって動作します。すべての時計は一定の周波数を持たなければならず、原子時計のチックタックは原子の2つのエネルギーレベル間の遷移によって維持されます。量子力学によれば、原子はエネルギーを持っていますが、任意の任意の量を取ることはできません。代わりに、原子エネルギーは「量子」と呼ばれる正確なレベルのセットに制限されます。これらの量子の特性周波数が私たちの時計に必要なものです。GPS衛星は、セシウムとルビジウムの原子を周波数標準として使用しています。セシウム133の場合、特性時計周波数は9,192,631,770ヘルツです。つまり、1秒間に90億回のサイクルを行います。

衛星とアインシュタインの相対性理論を使った位置の特定

1つの衛星までの距離を知っていても、あなたの位置を特定するには十分ではありません。あなたは衛星を中心にした球体の表面上にいます。あなたの位置を特定するには、2番目の衛星からの距離を測定する必要があり、別の重なり合う球体が得られます。これを繰り返し、わずか4つの測定とアインシュタインの相対性理論を使用して少し修正するだけで、あなたの位置を正確に特定できます。

結論として、スマートフォンがあなたの位置を正確に特定できるのは、数十億ドルの衛星ネットワーク、振動するセシウム原子、量子力学、相対性理論、そしてあなたのスマートフォンのおかげです。