รู้หรือไม่? อุปกรณ์ GPS ต้องอาศัยทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ในการทำงาน
ในแต่ละวัน มีผู้คนกว่า 6 พันล้านคนทั่วโลกใช้งานอุปกรณ์ระบบระบุตำแหน่งบนพื้นโลก หรือ GPS ไม่ว่าจะเป็นการนำทาง ค้นหาเส้นทาง หรือแม้แต่สั่งอาหาร แต่จะมีสักกี่คนที่รู้ว่าเบื้องหลังเทคโนโลยีที่แสนสะดวกสบายนี้ แฝงไปด้วยหลักการทางฟิสิกส์ที่ซับซ้อนและน่าทึ่ง นั่นคือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
GPS ทำงานอย่างไร?
ระบบ GPS ประกอบด้วยกลุ่มดาวเทียมจำนวน 31 ดวงที่โคจรรอบโลก โดยแต่ละดวงจะส่งสัญญาณวิทยุบอกเวลาและตำแหน่งของตัวเองมายังโลก เมื่ออุปกรณ์ GPS ของคุณรับสัญญาณจากดาวเทียมอย่างน้อย 4 ดวงขึ้นไป ก็จะสามารถคำนวณหาตำแหน่งของคุณบนโลกได้อย่างแม่นยำ
แล้วทฤษฎีสัมพัทธภาพเกี่ยวข้องอย่างไร?
อันที่จริงแล้ว ดาวเทียม GPS โคจรรอบโลกด้วยความเร็วสูงมาก ทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ 2 ประการที่ส่งผลต่อความแม่นยำของ GPS ดังนี้
-
ปรากฏการณ์การยืดของเวลา (Time dilation)
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ระบุว่า เวลาจะเดินช้าลงสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง เมื่อเทียบกับวัตถุที่อยู่นิ่ง ดังนั้น เวลาบนดาวเทียม GPS จึงเดินช้ากว่าเวลาบนพื้นโลกเล็กน้อย (ประมาณ 7 ไมโครวินาทีต่อวัน) -
ปรากฏการณ์การหดของความยาว (Length contraction)
ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษยังระบุอีกว่า วัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง จะมีความยาวในทิศทางการเคลื่อนที่สั้นลง เมื่อเทียบกับวัตถุที่อยู่นิ่ง แม้ปรากฏการณ์นี้จะส่งผลต่อ GPS น้อยกว่าการยืดของเวลา แต่ก็เป็นสิ่งที่ต้องนำมาคำนวณเพื่อให้ได้ตำแหน่งที่แม่นยำ
หากไม่นำทฤษฎีสัมพัทธภาพมาใช้ในการคำนวณ ระบบ GPS จะเกิดความคลาดเคลื่อนในการระบุตำแหน่งมากถึง 11 กิโลเมตรต่อวัน!
Fun Fact เกี่ยวกับ GPS
- ระบบ GPS พัฒนาขึ้นโดยกระทรวงกลาโหมสหรัฐฯ แต่เปิดให้ประชาชนทั่วไปใช้งานได้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1983
- สัญญาณ GPS สามารถทะลุผ่านเมฆ หมอก และกระจกได้ แต่ไม่สามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางที่เป็นของแข็ง เช่น อาคาร หรือภูเขาได้
ผลกระทบของ GPS
GPS ไม่ได้เป็นเพียงเทคโนโลยีที่อำนวยความสะดวกในการเดินทางเท่านั้น แต่ยังมีบทบาทสำคัญในด้านต่าง ๆ ดังนี้
| ด้าน | ตัวอย่าง |
|---|---|
| การขนส่ง | ระบบนำทางรถยนต์ รถบรรทุก เรือ เครื่องบิน |
| การสื่อสาร | การซิงโครไนซ์เวลาในเครือข่ายโทรศัพท์มือถือ และอินเทอร์เน็ต |
| วิทยาศาสตร์ | การสำรวจทางธรณีวิทยา การศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ |
#GPS #ทฤษฎีสัมพัทธภาพ #ไอน์สไตน์ #เทคโนโลยี