sciEncE

[알림판목록 I] [알림판목록 II] [글목록][이 전][다 음]
[ sciEncE ] in KIDS
글 쓴 이(By): String (스컬리요원)
날 짜 (Date): 2002년 9월 23일 월요일 오후 03시 08분 35초
제 목(Title): 상대성이론 적용분야가 있긴 있네요



상대성 이론이 '실생활'에 적용되는 분야가 있긴 있네요.. :) 
http://www.physicscentral.com 에 가면 물리학 관련 에세이들이 
좀 있습니다. 그곳에서 퍼옵니다. 

-----------------------------------

Einstein's Relativity and Everyday Life
Clifford M. Will 

What good is fundamental physics to the person on the street? 

This is the perennial question posed to physicists by their non-science 
friends, by students in the humanities and social sciences, and by 
politicians looking to justify spending tax dollars on basic science. One 
of the problems is that it is hard to predict definitely what the payback 
of basic physics will be, though few dispute that physics is somehow 
"good." 

Physicists have become adept at finding good examples of the long-term 
benefit of basic physics: the quantum theory of solids leading to 
semiconductors and computer chips, nuclear magnetic resonance leading to 
MRI imaging, particle accelerators leading to beams for cancer treatment. 
But what about Einstein's theories of special and general relativity? One 
could hardly imagine a branch of fundamental physics less likely to have 
practical consequences. But strangely enough, relativity plays a key role 
in a multi-billion dollar growth industry centered around the Global 
Positioning System (GPS). 

When Einstein finalized his theory of gravity and curved spacetime in 
November 1915, ending a quest which he began with his 1905 special 
relativity, he had little concern for practical or observable 
consequences. He was unimpressed when measurements of the bending of 
starlight in 1919 confirmed his theory. Even today, general relativity 
plays its main role in the astronomical domain, with its black holes, 
gravity waves and cosmic big bangs, or in the domain of the ultra-small, 
where theorists look to unify general relativity with the other 
interactions, using exotic concepts such as strings and branes. 

But GPS is an exception. Built at a cost of over $10 billion mainly for 
military navigation, GPS has rapidly transformed itself into a thriving 
commercial industry. The system is based on an array of 24 satellites 
orbiting the earth, each carrying a precise atomic clock. Using a 
hand-held GPS receiver which detects radio emissions from any of the 
satellites which happen to be overhead, users of even moderately priced 
devices can determine latitude, longitude and altitude to an accuracy 
which can currently reach 15 meters, and local time to 50 billionths of a 
second. Apart from the obvious military uses, GPS is finding applications 
in airplane navigation, oil exploration, wilderness recreation, bridge 
construction, sailing, and interstate trucking, to name just a few. Even 
Hollywood has met GPS, recently pitting James Bond in "Tomorrow Never 
Dies" against an evil genius who was inserting deliberate errors into the 
GPS system and sending British ships into harm's way. 

But in a relativistic world, things are not simple. The satellite clocks 
are moving at 14,000 km/hr in orbits that circle the Earth twice per day, 
much faster than clocks on the surface of the Earth, and Einstein's theory 
of special relativity says that rapidly moving clocks tick more slowly, by 
about seven microseconds (millionths of a second) per day. 

Also, the orbiting clocks are 20,000 km above the Earth, and experience 
gravity that is four times weaker than that on the ground. Einstein's 
general relativity theory says that gravity curves space and time, 
resulting in a tendency for the orbiting clocks to tick slightly faster, 
by about 45 microseconds per day. The net result is that time on a GPS 
satellite clock advances faster than a clock on the ground by about 38 
microseconds per day. 

To determine its location, the GPS receiver uses the time at which each 
signal from a satellite was emitted, as determined by the on-board atomic 
clock and encoded into the signal, together the with speed of light, to 
calculate the distance between itself and the satellites it communicated 
with. The orbit of each satellite is known accurately. Given enough 
satellites, it is a simple problem in Euclidean geometry to compute the 
receiver's precise location, both in space and time. To achieve a 
navigation accuracy of 15 meters, time throughout the GPS system must be 
known to an accuracy of 50 nanoseconds, which simply corresponds to the 
time required for light to travel 15 meters. 

But at 38 microseconds per day, the relativistic offset in the rates of 
the satellite clocks is so large that, if left uncompensated, it would 
cause navigational errors that accumulate faster than 10 km per day! GPS 
accounts for relativity by electronically adjusting the rates of the 
satellite clocks, and by building mathematical corrections into the 
computer chips which solve for the user's location. Without the proper 
application of relativity, GPS would fail in its navigational functions 
within about 2 minutes. 

So the next time your plane approaches an airport in bad weather, and you 
just happen to be wondering "what good is basic physics?", think about 
Einstein and the GPS tracker in the cockpit, helping the pilots guide you 
to a safe landing. 

   
[알림판목록 I] [알림판목록 II] [글 목록][이 전][다 음]
키 즈 는 열 린 사 람 들 의 모 임 입 니 다.