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GPS应用相对论的说法纯属搞笑

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GPS应用相对论的说法源于此,被相对论支持者广泛传抄,相对论支持者也把它作为GPS用到了相对论的理论依据:
GPS卫星以每小时14000千米的速度绕地球飞行。根据狭义相对论,当物体运动时,时间会变慢,运动速度越快,时间就越慢。因此在地球上看GPS卫星,它们携带的时钟要走得比较慢,用狭义相对论的公式可以计算出,每天慢大约7微秒。GPS卫星位于距离地面大约2万千米的太空中。根据广义相对论……每天快大约45微秒。在同时考虑了狭义相对论和广义相对论后,GPS卫星时钟每天还要快上大约38微秒,这似乎微不足道,但是如果我们考虑到GPS系统必须达到的时间精度是纳秒级的,这个误差就非常可观了(38微秒等于38000纳秒)。如果不校正的话,GPS系统每天将会累积大约10千米的定位误差,是没有用的。
创立这种说法的人认为必须用相对论GPS才能精确到能用的程度,而因为GPS实际上的确能够用,所以,相信这一说法的人自然就认为GPS是能够支持相对论的证据。
其中的【如果不校正的话,GPS系统每天将会累积大约10千米的定位误差,是没有用的】源自38μs × 光速 = 11.4km。
从理论上来说,以地面点的三维坐标(N,E,H)为待定参数,确实只需要测出3颗卫星到地面点的距离就可以确定该点的三维坐标了。但是,卫地距离是通过信号的传播时间差Δt乘以信号的传播速度v而得到的。其中,信号的传播速度v接近于真空中的光速,量值非常大。因此,这就要求对时间差Δt进行非常准确的测定,如果稍有偏差,那么测得的卫地距离就会谬以千里。而时间差Δt是通过将卫星处测得的信号发射时间tS与接收机处测得的信号达到的时间tR求差得到的。其中,卫星上安置的原子钟,稳定度很高,我们认为这种钟的时间与GPS时吻合;接收机处的时钟是石英钟,稳定度一般,我们认为它的时钟时间与GPS时存在时间同步误差,并将这种误差作为一个待定参数。这样,对于每个地面点实际上需要求解就有4个待定参数,因此至少需要观测4颗卫星至地面点的卫地距离数据。
卫星定位并不是用卫星与接收机的时差,而是用不同卫星间的时差来计算目标物体的位置,因卫星上的时钟要快都快,只会产生38µs /1天的相对误差,具体时间(不是时刻值)的绝对误差取决于时间长短,如果被定为的物体距卫星20000000m,1天(d)=86400000毫秒(ms)=86400000000µs,卫星测算这20000000m的距离不做这所谓的相对论修正产生的绝对误差大约只有:
20000000mx38µs /86400000000µs
=2mx38/8640
=38m/4320
=8.796mm
也有精确一点的一天相对论误差38.6µs之说,按38.6µs算
20000000mx38.6µs /86400000000µs
=2mx38.6/8640
=38.6m/4320
=8.93mm
对于“ 38μs × 光速 = 11.4km.……用户终端上的结果每天就会累积±11.4km的误差。这样的话这个定位系统就毫无用处,相当于报废了”,我们只要分析一下其物理意义就能知道这属于不实之词:
38μs ×300000000m/s = 11.4km
300000000m/sx 86400000000µs=25920000000km
38μs × 光速 = 11.4km其物理意义是,25920000000km实际距离所谓相对论效应导致的绝对误差仅为11.4km,有人说这11.4km还是很大啊,但关键的是,定位一次要的了一天的时间么?卫星定位相距卫星实际距离20000000m的目标,仅需0.067s,如此短的时间,时间绝对误差0.067s x38µs /86400000000µs微乎其微,故20000000m路程的绝对误差不足一厘米!
因此,“不论是GPS,还是中国自己的北斗导航,都必须考虑卫星在太空中的相对论效应,如果不考虑,那么产生的偏差将非常非常大,以至于根本无法实现导航!”完全属于不靠谱的虚妄之词。


IP属地:四川1楼2023-07-25 16:07回复
    有的维相者想用北斗官网为相对论提气,也是基于这个GPS必须用相对论的理论:
    作者:kEKe
    链接:https://www.zhihu.com/question/288120613/answer/497309417
    来源:知乎
    著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。
    大多数人会觉得,爱因斯坦相对论主要应用于高速状态、微观世界和宇观世界,离我们的日常生活似乎很遥远。其实不然,它也有贴近我们生活的一面,其中一个著名的例子就是全球定位系统(GPS)。GPS的误差来源里有一项是相对论效应的影响,通过修正相对论效应可以得到更准确的定位结果。
    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。
    文章来源:北斗卫星导航系统官网


    IP属地:四川2楼2023-07-25 16:08
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      远在北斗出现以前,就有的这个GPS必须用相对论的理论,在38微秒的GPS维相理论上,还有一个狗尾续貂,那就是:


      IP属地:四川3楼2023-07-25 16:10
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        用与不用相对论时间一天差22.897ns,用22.897ns直接乘光速,定位20000000m处目标,光要花一天时间么!
        这就好比汽车上有两只钟存在计时有差异,一天相差一小时,一只钟走了23小时,另一只钟走满了24小时,用这两只钟来算100km/h一天走的路程有何差异,直接用一天相差的一小时乘以车速就好,那就是100km,但如果后面那只钟测得汽车仅仅走了一分钟,也傻傻的认为就算出的路程差异还是100km么!
        注:虽然算法类似,但上面是理论差异,这里作的比喻是测量误差差异,本质上还是有所不同的。


        IP属地:四川4楼2023-07-25 16:12
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          IP属地:陕西来自Android客户端5楼2023-07-27 09:10
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            IP属地:广西来自Android客户端6楼2024-01-05 21:16
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              我们应该知道,什么才是使用了相对论。不能因为使用了相对论中的一个计算公式就说是使用了相对论,而应该是使用相对论的时空观才算。相对论效应公式是可以在不同的参照系使用的,换一个参照系进行计算就会不符合了,能够算是使用了相对论吗?


              IP属地:江苏来自Android客户端7楼2024-02-01 07:07
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                即便有这种东西,也不能说明GPS必须用相对论,原因在于所谓的相对论误差38µs /1天太小,如果被定为的物体距卫星20000000m,用与不用相对论,差异不足一厘米。如果在这种用与不用相对论,差异甚微的实际情况下,硬要认为这样的东西能说明必须用相对论,这好比修房造屋的时候,先去烧高香保平安,结果房屋建造过程平安无事一切正常,就说之所以这么顺畅烧高香功不可没一样。


                IP属地:四川8楼2024-03-12 00:07
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                  好家伙了……服了


                  IP属地:山东9楼2024-09-01 03:23
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