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一篇关于相对论和GPS关系的好文章 精选

已有 6316 次阅读 2016-5-15 18:09 |个人分类:科研笔记|系统分类:科研笔记

前些日子浏览的时候发现科学网上很多人对GPS和相对论是否有关系感兴趣而且存在很大的争议。处于好奇,且运气不错我利用百度搜索到了一篇专门介绍这方面内容的文章,内容丰富且全面,其标题为:Relativity in the Global Positioning System,该文登载在著名杂志Living Rev. Relativity上,此杂志的影响因子高达19点以上。毫无疑问这种Review类的执笔人都是这方面的权威人士,他们都是应杂志的邀请而撰写各类专题性综述文章的。由于我的时间有限不能全文翻译(希望有可能其他人翻译),只能概括性地介绍其关键点。

文章首先介绍了GPS系统的构成,它由三个部分所组成,即:空间部分、控制部分以及用户部分。GPS共有24颗卫星,6个轨道,每个轨道有4颗卫星,相对于赤道平面倾斜55°角,以保障任何地方都有4颗以上的卫星与其平行。每颗卫星上都携带有极为精密的原子钟。控制部分包括些检测站,但主站设在科罗拉多州的科泉市它实时地将所收集的资料整理后供用户下载使用。

文章的其他部分详细介绍了GPS各个部分的功能和工作原理,这其中有GPS如何定位时间、地点,相对性对各个卫星原子钟的影响以及相对性实验结果,各信号传递过程中多普勒效应的影响,各个原子钟的链接方式,变换轨道时导致的信号频率的变化,二次相对性影响等等等等琳琅满目,非常翔实。

我们最关心的相对性的影响部分中主要给出了两个关键的影响的计算即:轨道和离心率的相对性的影响,它们对时钟的校准起什么作用。还有些相对性的影响很小可以忽略不计。作者指出最初的GPS在上世纪80年代以前虽然也有相对性影响的计算,但由于仪器的质量不那么好,不断有一些小的误差,后来工作人员更换仪器重新进行了计算并确认了相对性效应是不可忽略的影响。

文章最后给出了总结,说GPS就像是一个伟大的实验室它每天不断地确认着广义和狭义相对论的应用的正确性,而且GPS还可以是一个杰出的教育学样板的源泉,它可以让科学家们去不断监督和审查相对论是否正确。

由此我们可以得出确切的结论:没有相对论就没有GPS的今天!最后,我想说的是通过这次的学习使我对相对论的重要性有了更深的认识,十分感谢科学网的有关博主们对这个问题的争论才促使我来具体看看到底是怎么回事。我十分愿意和有各种不同想法和意见的博主进行这方面的交流,但我只想和交流对象本着实事求是的态度并且在以事实和证据为基础上来进行。

P.S. 通过和博友交流我想作以下的澄清:我以往的受教育经验表明学术研究一定要向当时的最高水平看齐才能有进一步的发展。我虽然不是GPS的专门研究者但如果需要我知道如何学习和找到答案,我认为只有在当前对这个命题的最高水平的论文(认识)的基础上来讨论才有真正的意义。如果你想否定它你必须要提供足够的证据来驳倒这样的论文。我这篇博文不是针对某一篇博文的反论,是针对GPS和相对论是否有关系这样的重大是非问题来撰写的,在国际上这其实是早有定论的问题,也就是说如果GPS不是相对论的试金石那么以相对论为基础的现代宏观物理学大厦就完全崩塌了,而爱因斯坦这个近代最伟大的科学巨人的所有工作都是无用功。幸亏不是事实不然不是很可怕的一件事情吗?。通过浏览发现这里的关于这方面的讨论虽然很热烈但是都没有考虑到以上的关键意义,很多人只停留在狭义相对论认识的基础上,还有一些人认为牛顿定律就能解决所有问题,认识的局限性太大了。所以对这类问题的全面讨论、科普还是很有必要的吧。



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