Saturday, May 9, 2015

sr 方程是建立在光速最快的基础上 GPS系统要求纳秒级的时间精度,这个误差就非常可观了。38微秒等于38000纳秒,如果不加以校正的话,GPS系统每天将累积大约10千米的定位误差

同步卫星按照牛顿的理论发射后,发现并没有和地球严格同步,每一圈下来总会和地球有0.18秒(还是其他,忘了)的差距。
同步卫星的线速度是v卫星=3000m/s,光速c=300000000m/s,是不是有点接近了光速的数量级了?
于是速度变快时间变慢的所谓的没用的理论,就在同步卫星上表现了出来。
根据质能方程(那段公式太长了打不出来)or GR 修正后,同步卫星的工作就正常了


另外,e=mc2不是最基本的公式,而是从狭义相对论中推倒出来的一个结论。爱因斯坦的(广义)相对论,和量子论一起是现代物理的两大基石。最简单的,如果人们不知道相对论,卫星发不上天, gps一天就失灵,基本所有天文观测都是错的,更不说核能和原子弹等等。
这个公式另一个含义是,揭发了物质和能量的关系。经典物理认为,(请回想你的高中课),物体的能量只与他的状态(如速度,电荷)以及他与场相互作用(如电磁场,引力场)有关。而相对论揭示了,物体实际的能量,还与自身质量有关。即质量也是能量的一个量度。
一天回来,这么多人引用我。当时只是随手写的,很多不严谨。在这里一并回答了。
1、卫星上天与相对论:其实我想说的还是卫星上的时钟,跟GPS失灵一个道理。当然我说的不严谨。
2、经典物理中的质量与能量:重力势能是质量在引力场中,本质上还是与场相互作用。动能则是与物体的速度有关。总之,质量自身不是能量量度。
其实更加严谨的说法应该是这个:质量和能量都是物质的属性。在经典理论中,质量通过惯性和引力现象显现出来;能量通过对外做功,传递热能显现出来。质能公式把这两者联系起来,揭示了两者本质上的关系(你看,e和m不就差了个系数吗)。
3、物质能否全部转化成能量?除非正反物质湮灭,一般情形下,核能反应、粒子衰变等等,都是只有质量亏损。宇宙中效率最高的核反应,是氢核聚变:6D->2(He+n+p), 放出约43MeV能量,有兴趣者可以算算质量亏损的比例。质量守恒其实是宏观低速低能量下的近似,说白了化学反应都可以用,因为化学反应放出(吸收)能量的数量级只有几十ev,差6个以上的数量级呢。
4、弦论的目标是大一统理论,而不是*河蟹词*相对论。目前相对论和量子论不能统一,两者都有适用范围,这是不自然的。现在很多人认为,需要修改的很可能是量子理论,而不是相对论(我导师观点)。btw,量子理论有六条假设


如果相对论和量子论都要成为universal的理论,肯定都要修改。量子论很可能从postulate就要改。而广义相对论的postulate目前看还是相当solid的。我不是做这个方向,所以就随口一说,不必当真。
正反物质湮灭,理论上(同种元素)可以释放所有静止能量(mc2),也可能形成较低能态的正反粒子pair。


爱因斯坦的时间和空间一体化理论表明,卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位)不同,会造成卫星钟和接收机钟之间的相对误差。由于GPS定位是依靠卫星上面的原子钟提供的精确时间来实现的,而导航定位的精度取决于原子钟的准确度,所以要提供精确的卫星定位服务就需要考虑相对论效应。
狭义相对论认为高速移动物体的时间流逝得比静止的要慢。每个GPS卫星时速为1.4万千米,根据狭义相对论,它的星载原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒。另一方面,广义相对论认为引力对时间施加的影响更大,GPS卫星位于距离地面大约2万千米的太空中,由于GPS卫星的原子钟比在地球表面的原子钟重力位高,星载时钟每天要快45微秒。两者综合的结果是,星载时钟每天大约比地面钟快38微秒。
这个时差看似微不足道,但如果我们考虑到GPS系统要求纳秒级的时间精度,这个误差就非常可观了。38微秒等于38000纳秒,如果不加以校正的话,GPS系统每天将累积大约10千米的定位误差,这会大大影响人们的正常使用。因此,为了得到准确的GPS数据,将星载时钟每天拨回38微秒的修正项必须计算在内。
为此,在GPS卫星发射前,要先把其时钟的走动频率调慢。此外,GPS卫星的运行轨道并非完美的圆形,有的时候离地心近,有的时候离地心远,考虑到重力位的波动,GPS导航仪在定位时还必须根据相对论进行计算,纠正这一误差。
一般说来,GPS接受器准确度在30米之内就意味着它已经利用了相对论效应。
由于广域增强系统依赖从地面基站发出的额外信号,以地面时间为基准,与卫星钟时间无关。因此配备了这种系统的GPS接收器,就不存在相对论效应了。
由此可见,GPS的使用既离不开狭义相对论,也离不开广义相对论。早在1955年就有物理学家提出可以通过在卫星上放置原子钟来验证广义相对论,GPS实现了这一设想,并让普通人也能亲身体验到相对论的威力。
以上随便都可以百度得出来的
而且我也看过国家地理杂志其中一期说的也是一样的 ]

这段话出自方舟子的文章《相对论有没有用》

No comments:

Post a Comment