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  • 1 # 火星一號

    GPS衛星的時鐘確實要考慮到相對論的時間膨脹效應,一個是因為GPS衛星相對於地面高速運動,狹義相對論效應會使GPS時鐘走得要比地面時鐘更慢;另一個是因為GPS衛星遠離地面,廣義相對論效應會使GPS時鐘走得要比地面時鐘更快。那麼,究竟是哪種效應更顯著一些呢?下面,我們做個簡單計算。

    首先,根據狹義相對論的動鍾變慢公式:

    把GPS衛星的飛行速度1.4萬千米/小時(3889米/秒)代入上式可得,T=1.0000000000841t。這意味著GPS衛星時鐘走1秒,相當於地面時鐘走1.0000000000841秒。雖然兩者相差極小,但如果累積一天的時間,GPS衛星時鐘所走的時間要比地面時鐘慢了(1.0000000000841-1)×3600×24≈7微秒。

    另一方面,如果不考慮地球自轉對時空的影響(因為地球自轉速度相對較慢),則廣義相對論的時間膨脹效應計算公式如下:

    由於GPS衛星距離地面2萬千米,從而可得T1=1.000000000168t。這意味著GPS衛星時鐘走1秒,相當於無限遠離引力場的時鐘走1.000000000168秒,如果累積一天,GPS衛星時鐘所走的時間要比無限遠離引力場的時鐘慢了(1.000000000168-1)×3600×24≈15微秒。由於我們要比較GPS衛星時鐘和地面時鐘的時間快慢,所以我們先要比較出地面時鐘和無限遠離引力場的時鐘快慢。由於地球半徑為6371千米,從而可得T2=1.000000000696t。如果累積一天,地面時鐘所走的時間要比無限遠離引力場的時鐘慢了(1.000000000696-1)×3600×24≈60微秒。因此,如果累積一天,GPS衛星時鐘所走的時間要比地面時鐘快了60-15=45微秒。

    綜上可知,廣義相對論的時間膨脹效應更為顯著。如果累積一天,GPS衛星時鐘所走的時間要比地面時鐘快了45-7=38微秒。由於訊號傳播的速度是光速,每秒可達30萬千米,則相對論效應會給GPS衛星的定位誤差每天累積11.4千米,所以必須要校準GPS衛星的時鐘。

  • 2 # 趙世傑1984

    關於相對論時間問題,我從來都認為是錯誤的,也許是我個人認知的問題。我不認為時間是會停止的,例如,你以光速跑可以看到的影像是停止在你以光速跑時的散射光,但這不是時間停止,是光影停止,時間是不會停止的,發生過的事改變不了,也許從理論上能看到,但改變不了。

    時間是宇宙中最奇怪的量,如果非要實驗,可以發射一顆能脫離太陽系的衛星,裡面攜帶一個原子鐘,排除所有可能性例如溫度震動等,在地面有一個和它環境一樣的原子鐘,每天返回一個時間才能發現到底時間會不會因為速度不同而不同,否則,相對論對於速度改變時間就是錯誤的理解

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