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

Translator: Ayan Organization Reviewer: Wafa Edris

How does your smartphone know exactly where you are?

چۆن مۆبایلە زیرەکەکەت دەزانێت بە تەواوەتی تۆ لەکوێی؟

The answer lies 12,000 miles over your head

وەڵامەکە ١٢٠٠٠ میل لەسەر سەرتەوە شاردراوەتەوە

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

لە مانگێکی دەستکردی خولدار کە پارێزگاری لە کات دەکات بە لێدانی کاتژمێرێکی

powered by quantum mechanics.

گەردیلەیی کە ووزەدارە بە بڕێکی میکانیکی.

Phew.

ئۆف.

Let's break that down.

با ڕوونی بکەینەوە.

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

سەرەتا، بۆچی زۆر گرینگە بزانیت لەسەر مانگە دەستکردەکە کاتژمێر چەندە

when location is what we're concerned about?

لە کاتێکدا شوێن ئەو شتەیە کە ئێمە گرینگی پێ دەدەین؟

The first thing your phone needs to determine

یەکەم شت مۆبایلەکەت پێویستە دیاری بکرێت

is how far it is from a satellite.

کە چەند لە مانگە دەستکردەکەوە دوورە.

Each satellite constantly broadcasts radio signals

هەر مانگێکی دەستکرد هەمیشە ئاماژە ڕادیۆییەکان بڵاو دەکاتەوە

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

کە بە خێرای ڕووناکی بە ناو بۆشایی ئاسماندا بۆ مۆبایلەکەت گەشت دەکات.

Your phone records the signal arrival time

لە کاتی گەشتنی، مۆبایلەکەت ئاماژەکە تۆماردەکات

and uses it to calculate the distance to the satellite

و بەکاری دەهێنێت بۆ لێکدانەوەی دووری لە مانگە دەست کردەکەوە

using the simple formula, distance = c x time,

بە بەکارهێنانی هاوکێشەیەکی، سادە، دووری= c x کات،

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

کە c خێرایی ڕووناکییە و کات بریتیە لەوەی ئاماژەکە بە چەند گەشت دەکات.

But there's a problem.

بەڵام کێشەیەك هەیە.

Light is incredibly fast.

ڕووناکی بە شێوەیەکی باوەڕ پێنەکراو خێرایە

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

ئەگەر ئێمە تەنها بتوانین لێک دانەوەی کات بکەین بۆ نزیکترین چرکە،

every location on Earth, and far beyond,

هەموو شوێنێك لەسەر زەوی، و زۆر دوور زەویەوەش،

would seem to be the same distance from the satellite.

وا دەردەکەوێت کە هەمان دووریان لە مانگە دەست کردەکەوە هەبێت.

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

کەواتە بۆ لێک دانەوەی ئەو دووریە لە ماوەی کەمتر لە دەیان پێ،

we need the best clock ever invented.

پێویستمان بە باشترین کاتژمێرە کە تا ئێستا درووست کرابێت.

Enter atomic clocks, some of which are so precise

کاتژمێری گەردیلەیی، هەندێكیان زۆر وردن

that they would not gain or lose a second

ئەوانەی کە چرکەیەك زیاد و کەم ناکەن

even if they ran for the next 300 million years.

تەنانەت ئەگەر بۆ ماوەی ٣٠٠ ملیۆن ساڵی داهاتووش کار بکات.

Atomic clocks work because of quantum physics.

کاتژمێری گەردیلەیی بەهۆی بڕی فیزیایی کاردەکات.

All clocks must have a constant frequency.

هەموو کاتژمێرێك پێویستە تێکڕای دووبارە بوونەوەی نەگۆڕی هەبێت.

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

بە وشەی تر، کاتژمێر دەبێت هەندێك کاری دووبارە بوونەوە جێبەجێ بکات

to mark off equivalent increments of time.

بۆ دیاریکردنی زیادبوونی یەکسانی لە کاتدا.

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

هەر وەکو کاتژمێری باپیرە کە پشت بە جۆلانەیەکی نەگۆڕ دەبەستێت

back and forth of a pendulum under gravity,

بۆ دواوە و بۆ پێشەوەی پەندۆڵێك لە ژێر کاریگەری هێزی کێش کردنی زەوی،

the tick tock of an atomic clock

چرکە چرکی کاتژمێرێکی ناوەکی

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

لە ڕێی گواستنەوەی لە نێوان دوو ئاستی ووزەی گەردیلە درێژەی پێ دەدرێت.

This is where quantum physics comes into play.

لێرەوە بڕی وزەی فیزیایی کار دەکات.

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

بڕی میکانیکی دەڵێت کە گەردیلەکان ووزە هەڵدەگرن،

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

بەڵام ئەوان ناتوانن هەر بڕێکی هەڕەمەکی بەکاربهێنن.

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

لەبری ئەوە، وزەی گەردیلە کورت دەکرێتەوە بۆ کۆمەڵەیەکی ورد لە ئاستەکان.

We call these quanta.

ئێمە بەوە دەڵێین بڕ.

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

بە لێکچوونێکی سادە، بیر لە لێخوڕینی ئۆتۆمبێل بکەوە لە ڕێگەیەکی خێرا.

As you increase your speed,

تاکو خێراییەکەت زیاد بکەیت،

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

ئاساییانە بە بەردەوامی پیایدا دەڕۆی، بڵێ ٢٠ میل/ بەرز بێتەوە بۆ ٧٠میل/ .

Now, if you had a quantum atomic car,

ئێستا ئەگەر تۆ ئۆتۆمبێلێکی بە بڕی ناوەکیت هەبێت،

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

لە هێڵێکی باودا خێرا لێناخوڕیت.

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

لە بری ئەوە، تۆ بەپەلە لە خێراییەکەوە بۆ دواتر، بازدەدەیت یان تێ دەپەڕیت.

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

بۆ سەرچاوەیەکی ووزە، کاتێك تێپەڕینەکە ڕوودەدات لە ئاستی وزەیەکەوە بۆ یەکێکی تر،

quantum mechanics says

بڕی میکانیکی دەڵێت

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

کە جیاوازی ووزە یەکسانە بە تێکڕای دووبارە بوونەوەی تایبەتمەند،

multiplied by a constant,

لە ڕێی نەگۆڕێك لێک دەدرێت،

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

لەو شوێنەی کە گۆڕان لە ووزە یەکسانە بە ژمارەیەك، پێی دەگوترێت نەگۆڕی پلانک،

times the frequency.

دووبارە بوونەوەکان لێک دەدات.

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

دووبارە بوونەوەی تایبەتمەند ئەوەیە کە ئێمە پێویستمانە بۆ دروست کردنی کاتژمێرەکەمان.

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

مانگە دەست کردەکانیGPS پشت بە گەردیلەکانی سێزیوم و روبیدیوم دەبەستێت وەك پێوانەی

In the case of cesium 133,

دووبارە بوونەوە. لە باری سێزیوم ١٣٣،

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

دووبارە بوونەوەی کاتژمێری تایبەتمەند ٩,١٩٢,٦٣١,٧٧٠.هێرتزە

That's 9 billion cycles per second.

ئەوە ٩ بلیۆن خولە لە چرکەیەكدا.

That's a really fast clock.

ئەوە بە ڕاستی کاتژمێرێکی خێرایە.

No matter how skilled a clockmaker may be,

گرینگ نییە کاتژمێرچیەك چەند کارامە دەبێت،

every pendulum, wind-up mechanism

هەموو پەندۆڵێك، هەوا بەرزکەرەوەی میکانیکی

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

و کریستاڵی کوارتز دەلەرنەوە بە دووبارە بوونەوەیەکی کەمێك جیاواز.

However, every cesium 133 atom in the universe

هەر چۆنێك بێت، هەموو گەردیلەیەکی سێزیوم ١٣٣ لە گەردووندا

oscillates at the same exact frequency.

لە هەمان تێکڕای دووبارە بوونەوەی تەواودا و دەسووڕێنەوە.

So thanks to the atomic clock,

کەواتە سوپاس بۆ کاتژمێری گەردیلەیی.

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

ئێمە دەتوانین بە وردی کات بخوێنینەوە لەناو ١ بلیۆن چرکە،

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

و کێشان و پێوانەیەکی زۆر وردی دووری لەو مانگە دەستکردەکەوە.

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

با ئەو ڕاستیە پشتگوێ بخەین کە تۆ بە دڵنیایەوە لەسەر زەویت.

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

ئێمە ئێستا دەزانین کە تۆ لە دووریەکی جێگیر دایت لە مانگە دەستکردەکەوە.

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

بە مانایەکی دیکە، تۆ لە شوێنێک لەسەر ڕووکەشی تەنێکی گۆییت

centered around the satellite.

لە ناوەندێكە لە دەوروبەری مانگی دەستکرد.

Measure your distance from a second satellite

دووریەکەت لەگەڵ مانگێکی دەستکردی تر پێوانە بکە

and you get another overlapping sphere.

و تۆ تێکەڵکێشانی تەنی گۆیی دیکە بەدەست دێنیت.

Keep doing that,

بەردەوام ئەنجامی بدە،

and with just four measurements,

و تەنها بە چوار هەوڵداندا

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

و کەمێك ڕاستکردنەوە بە بەکارهێنانی بیردۆزی ڕێژەییانەی ئەنیشتاین،

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

دەتوانیت شوێنەکەت دیاری بکەیت بۆ خاڵێكی تەواو لە گەردووندا.

So that's all it takes:

کەواتە ئەوە هەموو ئەوەیە کە

a multibillion-dollar network of satellites,

پێویستە: تۆڕی مانگی دەستکرد بە بلیۆنان دۆلار،

oscillating cesium atoms,

گەردیلەی سێزیومی خولاوە،

quantum mechanics,

بڕی میکانکی،

relativity,

ڕێژەییانە،

a smartphone,

مۆبایلی زیرەك،

and you.

و تۆ.

No problem.

کێشە نییە