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

Bagaimana smartphone Anda tahu lokasi Anda? - Wilton L. Virgo

Translator: Elizabeth Kwan Reviewer: Lane Graciano

How does your smartphone know exactly where you are?

Bagaimana smartphone Anda tahu persis di mana Anda berada?

The answer lies 12,000 miles over your head

Jawabannya berada 12.000 mil di atas kepala Anda

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

pada satelit yang menyimpan waktu dengan ketukan suatu jam atom

powered by quantum mechanics.

yang digerakan oleh mekanika kuantum.

Phew.

Phew.

Let's break that down.

Mari kita rinci satu per satu.

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

Pertama-tama, mengapa begitu penting untuk mengetahui waktu pada satelit

when location is what we're concerned about?

padahal yang ingin kita ketahui adalah lokasi?

The first thing your phone needs to determine

Hal pertama yang telepon Anda perlu menentukan

is how far it is from a satellite.

adalah berapa jauh jaraknya dari satelit.

Each satellite constantly broadcasts radio signals

Setiap satelit terus menerus menyiarkan sinyal radio

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

yang merambat dari luar angkasa ke telepon dengan kecepatan cahaya.

Your phone records the signal arrival time

Telepon Anda mencatat waktu tiba sinyal

and uses it to calculate the distance to the satellite

dan menggunakannya untuk menghitung jarak ke satelit

using the simple formula, distance = c x time,

menggunakan rumus sederhana, jarak = c x waktu,

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

dimana c adalah kecepatan cahaya dan waktu adalah berapa lama sinyal merambat.

But there's a problem.

Namun ada sebuah masalah.

Light is incredibly fast.

Cahaya luar biasa cepat.

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

Jika kita hanya dapat menghitung waktu sampai ke detik terdekat,

every location on Earth, and far beyond,

setiap lokasi di Bumi, dan jauh melampaui,

would seem to be the same distance from the satellite.

akan memiliki jarak yang sama dari satelit.

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

Jadi, untuk menghitung jarak sampai dengan beberapa lusin kaki,

we need the best clock ever invented.

kita membutuhkan jam terbaik yang pernah diciptakan.

Enter atomic clocks, some of which are so precise

Jam atom, beberapa di antaranya sangat tepat sehingga mereka

that they would not gain or lose a second

tidak akan kelebihan atau kekurangan sedetik pun

even if they ran for the next 300 million years.

meskipun mereka bekerja sampai 300 juta tahun ke depan.

Atomic clocks work because of quantum physics.

Jam atom bekerja karena adanya fisika kuantum.

All clocks must have a constant frequency.

Semua jam harus memiliki frekuensi yang tetap.

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

Dengan kata lain, jam harus melakukan beberapa tindakan berulang

to mark off equivalent increments of time.

untuk menandai setiap kenaikan waktu.

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

Sama seperti grandfather clock bergantung pada pendulum

back and forth of a pendulum under gravity,

yang berayun karena gravitasi,

the tick tock of an atomic clock

detak dari jam atom

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

didapatkan dari transisi antara dua tingkat energi sebuah atom.

This is where quantum physics comes into play.

Di sinilah fisika kuantum mulai berperan.

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

Mekanika kuantum mengatakan bahwa atom membawa energi,

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

tetapi mereka tidak dapat membawa sembarang jumlah.

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

Melainkan, energi atom dibatasi kepada satu set tingkatan yang saksama.

We call these quanta.

Ini disebut kuanta.

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

Sebagai analogi sederhana, pikirkan tentang mengendarai mobil di jalan tol.

As you increase your speed,

Ketika menambah kecepatan,

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

umumnya bergerak secara kontinu dari, katakanlah, 20 mil/jam sampai 70 mil/jam.

Now, if you had a quantum atomic car,

Namun, jika Anda memiliki mobil atom kuantum,

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

Anda tidak berakselerasi secara linear.

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

Tapi, Anda akan lompat, atau beralih, dari satu kecepatan ke kecepatan berikutnya.

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

Untuk sebuah atom, ketika transisi terjadi dari satu tingkat energi ke lainnya,

quantum mechanics says

mekanika kuantum mengatakan

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

bahwa perbedaan energi sama dengan karakteristik frekuensi,

multiplied by a constant,

dikalikan dengan sebuah konstanta,

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

dimana perubahan energi sama dengan sebuah angka, disebut konstanta Planck,

times the frequency.

kali frekuensi.

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

Karakteristik frekuensi tersebut yang dibutuhkan untuk membuat jam.

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

Satelit GPS mengandalkan atom cesium dan rubidium sebagai standar frekuensi.

In the case of cesium 133,

Dalam kasus cesium 133,

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

karakteristik frekuensi jam adalah 9,192,631,770 Hz.

That's 9 billion cycles per second.

Itu adalah 9 miliar siklus per detik.

That's a really fast clock.

Itu jam yang sangat cepat.

No matter how skilled a clockmaker may be,

Tidak peduli seberapa terampil pembuat jam,

every pendulum, wind-up mechanism

setiap pendulum, mekanisme wind-up

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

dan kristal kuarsa beresonansi pada frekuensi yang sedikit berbeda.

However, every cesium 133 atom in the universe

Tetapi, setiap atom cesium 133 di alam semesta

oscillates at the same exact frequency.

berosilasi pada frekuensi yang tepat sama.

So thanks to the atomic clock,

Jadi berkat jam atom,

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

kita bisa membaca jam secara akurat sampai kepada satu per 1 miliar detik,

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

dan menghitung jarak dari dari satelit dengan sangat teliti.

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

Abaikan fakta bahwa Anda hampir pasti berada di Bumi.

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

Dapat dipastikan bahwa Anda berada di suatu jarak yang tetap dari satelit.

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

Dengan kata lain, Anda berada di suatu tempat di permukaan bola

centered around the satellite.

yang berpusat pada satelit.

Measure your distance from a second satellite

Ukur jarak dari satelit kedua

and you get another overlapping sphere.

maka Anda akan mendapatkan bola lainnya.

Keep doing that,

Lakukan terus menerus,

and with just four measurements,

dan hanya dengan empat pengukuran,

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

dan sedikit koreksi menggunakan teori relativitas Einstein,

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

Anda dapat menentukan lokasi Anda tepat satu titik.

So that's all it takes:

Jadi yang dibutuhkan hanyalah:

a multibillion-dollar network of satellites,

jaringan satelit bernilai miliaran dolar,

oscillating cesium atoms,

atom cesium yang berosilasi,

quantum mechanics,

mekanika kuantum,

relativity,

relativitas,

a smartphone,

smartphone,

and you.

dan Anda.

No problem.

Bukan masalah.