時空彎曲的直接證明，GPS每天可偏差11公里

也許現在很多人還認為相對論離我們很遙遠，時空彎曲和我們完全無關，甚至根本不相信時空是彎曲的，或者完全沒有任何概念。當初愛因斯坦發表廣義相對論預言時空彎曲的時候，非得英國人派了兩支船隊，等到日全食的時候，趕到地球上兩個相距遙遠的地方，分別測量被太陽擋住的星光，才最終證明時空是彎曲的，真是又費馬達又費電。走一萬里漫漫長路，只為了驗證星光被太陽彎曲0.00046度（1.65角秒）。不過這是人類歷史上最重要的一段航程，我們對時間、空間以及宇宙的認識從此發生了根本轉變。

近100年過去了，現在廣義相對論已經被科學家們廣泛接受，不過很多人依然不相信時空是彎曲的，因為連空間彎曲我們都沒有看見過，何況時間彎曲呢？時間彎曲又是什麼樣子呢？有什麼和我們息息相關的東西可以證明時間是彎曲的呢？

證據就在我們的手裡，幾乎每個人都會用到的手機GPS衛星導航。GPS導航的基本原理是，手機接收地球上空至少四顆不同位置的GPS衛星發射的時間和位置信號，通過比對後計算出自己的位置，標示在地圖上。那麼GPS衛星導航系統為什麼能證明時間是彎曲的呢？這個原理早已為很多人所熟知，不過依然有朋友雲里霧裡，筆者就簡要介紹一下。

時間的彎曲是由時間變快變慢來度量的。廣義相對論認為，物體的運動速度將導致其時間彎曲，具體表現在速度越快的物體，其時間變得越慢。GPS衛星在軌道上的速度約1.4萬公里/小時，它的時間每天將變慢7微秒。

廣義相對論還認為，大質量物體會導致其周圍的時間和空間發生彎曲，具體表現在離大質量物體越近，時間就變得越慢。GPS衛星在離地球大約兩萬公里的軌道上運行，它的時間比起地球表面的時間，平均每天要快45微秒。

綜合二者的影響，GPS衛星上的時間被彎曲後，每天將變快約38微秒，經計算，這會導致地面上的定位精度每天累積偏差約11公里。據說美國發射第一顆GPS衛星的時候，沒有考慮到廣義相對論的時空彎曲效應，導致根本無法用來定位。那這個問題是怎麼解決的呢？很簡單，工程師們將GPS衛星上的原子時鐘走動頻率調慢100億分之4.465，GPS衛星便能向接收設備發送正確的時間和位置信號了。當然筆者認為美國發射第一顆GPS衛星便發現這個問題很可能是杜撰的，只是為了增加事件的戲劇性，因為僅憑一顆衛星根本不可能定位。

另外，朝鮮發射導彈老掉進海里，不知道是不是和他們沒有技術糾正GPS信號的偏差有關，畢竟時鐘快慢問題解決了，其它還有很多因素會影響定位精度的。而且朝鮮還常常發射信號干擾GPS，揩油不好好揩，還要搞破壞，沒準兒連自己的也破壞了。

所以，如果你用過手機GPS導航，你就已經實踐了愛因斯坦的廣義相對論，別再萌萌地問：什麼是時空彎曲？或者問：什麼是時空？甚至問：什麼是彎曲？

天文地理

微信號：tianwendilizhishi

【文章均來源於網路 版權歸原作者所有】

請您繼續閱讀更多來自 天文地理 的精彩文章:

※周易時空法則：3.31風水渙 晚間油價仍有下跌
※當風騷的和尚遇上VR，竟然時空穿越了200年
※南極驚現時空之門,能讓時間倒退30年!
※跨時空聯跑S03E07：跑在秋天
※2017上半年最強動漫歌曲排名 超時空要塞和你的名字TOP1
※自製7.2W流明的手電筒，打開時就像轉換時空一樣
※SCP-2201-超時空理髮店
※MR，不只是時空穿梭機
※時空大亂斗，Gucci 2018春夏依然可以讓你愛不釋手！
※《超時空要塞》完全變形SDF-1！全長約40厘米的大比例MACROSS登場！
※電影上的今天——《穿越時空的少女》上映11周年
※穿越時空 30 年，有多少愛可以重來？
※LOL：同樣是遭遇時空裂隙 EDG與CLG卻是不同的待遇
※《超時空男臣》，暫成2017年TVB最高收視劇集！
※你好，我在10維時空等你
※手游《歌之超時空要塞》延期至今夏上線 公布角色PV
※Steam VR遊戲每周精選——逆轉時空
※1小時相當於7年 宇宙最詭異的時空里可得永生
※專屬默契「我們仨，他們倆」看TFBOYS平行時空的默契瞬間