How does your smartphone know your location? - Wilton L. Virgo

¿Cómo sabe el smartphone tu ubicación? - Wilton L. Virgo

Traductor: Sebastian Betti Revisor: Denise RQ

How does your smartphone know exactly where you are?

¿Cómo sabe tu smartphone exactamente dónde estás?

The answer lies 12,000 miles over your head

La respuesta está a 19 000 km sobre tu cabeza

in an orbiting satellite that keeps time to the beat of an atomic clock

en un satélite en órbita que mantiene la hora de un reloj atómico

powered by quantum mechanics.

impulsado por mecánica cuántica.

Phew.

¡Ufff!

Let's break that down.

Analicemos eso.

First of all, why is it so important to know what time it is on a satellite

Primero, ¿por qué es tan importante saber qué hora es en un satélite

when location is what we're concerned about?

si queremos saber la ubicación?

The first thing your phone needs to determine

Lo primero que tiene que determinar tu teléfono

is how far it is from a satellite.

es la distancia a un satélite.

Each satellite constantly broadcasts radio signals

Cada satélite emite señales de radio constantemente

that travel from space to your phone at the speed of light.

que viajan por el espacio hasta tu teléfono a la velocidad de la luz.

Your phone records the signal arrival time

Tu teléfono registra la hora de llegada de la señal

and uses it to calculate the distance to the satellite

y la usa para calcular la distancia al satélite

using the simple formula, distance = c x time,

usando la formula simple distancia = c x tiempo,

where c is the speed of light and time is how long the signal traveled.

donde 'c' es la velocidad de la luz y tiempo es cuánto viajó la señal.

But there's a problem.

Pero hay un problema.

Light is incredibly fast.

La luz es increíblemente rápida.

If we were only able to calculate time to the nearest second,

Si la precisión fuese en segundos,

every location on Earth, and far beyond,

cualquier lugar de la Tierra, y mucho más allá,

would seem to be the same distance from the satellite.

parecería encontrarse a la misma distancia desde el satélite.

So in order to calculate that distance to within a few dozen feet,

Por eso para calcular esa distancia con precisión de metros,

we need the best clock ever invented.

necesitamos el mejor reloj de la historia.

Enter atomic clocks, some of which are so precise

Algunos relojes atómicos son tan precisos

that they would not gain or lose a second

que no adelantarán ni atrasarán un segundo

even if they ran for the next 300 million years.

aún funcionando en los próximos 300 millones de años.

Atomic clocks work because of quantum physics.

Los relojes atómicos funcionan gracias a la física cuántica.

All clocks must have a constant frequency.

Los relojes deben tener una frecuencia constante.

In other words, a clock must carry out some repetitive action

En otras palabras, un reloj hace la acción repetitiva

to mark off equivalent increments of time.

de marcar incrementos equivalentes de tiempo.

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

Así como un reloj de pie se basa en el balanceo constante

back and forth of a pendulum under gravity,

de ida y vuelta de un péndulo bajo la gravedad,

the tick tock of an atomic clock

el tic tac de un reloj atómico

is maintained by the transition between two energy levels of an atom.

se mantiene por la transición entre dos niveles de energía de un átomo.

This is where quantum physics comes into play.

Ahí entra en juego la física cuántica.

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

La mecánica cuántica dice que los átomos transportan energía,

but they can't take on just any arbitrary amount.

pero no pueden transportar cantidades arbitrarias.

Instead, atomic energy is constrained to a precise set of levels.

En cambio, la energía atómica está limitada a un conjunto preciso de niveles.

We call these quanta.

Los llamamos cuantos.

As a simple analogy, think about driving a car onto a freeway.

Como simple analogía, piensa en conducir un auto en una carretera.

As you increase your speed,

Conforme aumentas la velocidad,

you would normally continuously go from, say, 20 miles/hour up to 70 miles/hour.

normalmente pasarías de 30 km/h a 110 km/h.

Now, if you had a quantum atomic car,

Ahora, con un auto atómico cuántico,

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

no acelerarías de manera lineal.

Instead, you would instantaneously jump, or transition, from one speed to the next.

En cambio, saltarías instantáneamente de una velocidad a la siguiente.

For an atom, when a transition occurs from one energy level to another,

Para un átomo, cuando se produce una transición de un nivel de energía a otro,

quantum mechanics says

la mecánica cuántica dice

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

que la diferencia de energía es igual a una frecuencia característica,

multiplied by a constant,

multiplicada por una constante,

where the change in energy is equal to a number, called Planck's constant,

donde el cambio en la energía es igual a un número, llamado constante de Planck,

times the frequency.

multiplicado por la frecuencia.

That characteristic frequency is what we need to make our clock.

Esa frecuencia característica es lo que necesitamos para hacer nuestro reloj.

GPS satellites rely on cesium and rubidium atoms as frequency standards.

Los satélites de GPS dependen de los átomos de cesio y rubidio

como patrones de frecuencia.

In the case of cesium 133,

En el caso del cesio 133,

the characteristic clock frequency is 9,192,631,770 Hz.

la frecuencia de reloj característica es 9 192 631 770 Hz.

That's 9 billion cycles per second.

Son 9000 millones de ciclos por segundo.

That's a really fast clock.

Es un reloj muy rápido.

No matter how skilled a clockmaker may be,

Sin importar lo experto que sea el relojero

every pendulum, wind-up mechanism

cada péndulo, mecanismo de cuerda y cristal de cuarzo

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

resuena a una frecuencia ligeramente diferente.

However, every cesium 133 atom in the universe

Sin embargo, cada átomo de cesio 133 en el universo

oscillates at the same exact frequency.

oscila exactamente a la misma frecuencia.

So thanks to the atomic clock,

Por eso, gracias al reloj atómico,

we get a time reading accurate to within 1 billionth of a second,

tenemos una precisión del orden de 1 mil millonésima parte de segundo,

and a very precise measurement of the distance from that satellite.

y una medición muy precisa de la distancia desde ese satélite.

Let's ignore the fact that you're almost definitely on Earth.

Ignoremos el hecho de que estás casi seguramente a ras del suelo.

We now know that you're at a fixed distance from the satellite.

Ahora sabemos que estás a una distancia fija del satélite.

In other words, you're somewhere on the surface of a sphere

O sea, estás en un lugar en la superficie de una esfera

centered around the satellite.

con centro en el satélite.

Measure your distance from a second satellite

Midiendo la distancia desde un segundo satélite

and you get another overlapping sphere.

tenemos otra esfera superpuesta.

Repetimos esta operación

Keep doing that,

and with just four measurements,

y con solo 4 mediciones,

and a little correction using Einstein's theory of relativity,

y una pequeña corrección usando la teoría de la relatividad de Einstein,

you can pinpoint your location to exactly one point in space.

se puede señalar la ubicación exacta de un punto en el espacio.

So that's all it takes:

Eso es todo lo necesario:

a multibillion-dollar network of satellites,

una multimillonaria red de satélites,

oscillating cesium atoms,

la oscilación de los átomos de cesio,

quantum mechanics,

mecánica cuántica,

relativity,

relatividad,

a smartphone,

un smartphone,

and you.

y tú.

No problem.

No hay problema.