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

Translator: Myo Aung Reviewer: Sanda Aung

How does your smartphone know exactly where you are?

စမတ်ဖုန်းက ကိုယ် ဘယ်မှာ ရှိနေမှန်းကို အတိအကျ ဘယ်လိုလုပ် သိနိုင်တာလဲ။

The answer lies 12,000 miles over your head

အဲဒါရဲ့ အဖြေဟာ ကျွန်ုပ်တို့ရဲ့ ဦးခေါင်း အထက် မိုင် ၁၂,၀၀၀ မှာ ရှိတဲ့

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

ကွမ်တမ် စက်က မောင်းနှင်ပေးတဲ့ အက်တမ် နာရီ တပ်ဆင်ထားတဲ့

powered by quantum mechanics.

ကမ္ဘာပတ်ဂြိုဟ်တု ထဲမှာ ရှိတယ်။

Phew.

ခက်လိုက်တာ။

Let's break that down.

အဲဒါကို ရှင်းပြပါရစေ။

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

ပထမဦးဆုံး အနေနဲ့ ကိုယ်သိချင်တဲ့ တည်နေရာ အတွက် ဂြိုဟ်တုပေါ်က အချိန်က

when location is what we're concerned about?

ဘာြဖစ်လို့ အရေးကြီးတာလဲ မေးရပါမယ်။

The first thing your phone needs to determine

ကိုယ့်ဖုန်းက ပထမဦးဆုံး သိဖို့ လိုအပ်တာက

is how far it is from a satellite.

၎င်းဟာ ဂြိုလ်တုထံမှ အကွာအဝေးကိုပါ။

Each satellite constantly broadcasts radio signals

ဂြိုဟ်တုတိုင်းဟာ တချိန်လုံး ရေဒီယိုအချက်ပြ လှိုင်တွေကို ထုတ်လွှင့်ပေးနေရာ

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

အလင်းရဲ့ အမြန်နှုန်းဖြင့် ဖုန်းထံ ရောက်လာပါတယ်။

Your phone records the signal arrival time

အချက်ပြမှု ရောက်ချိန်ကို ကိုယ့်ဖုန်းက မှတ်ယူပြီး

and uses it to calculate the distance to the satellite

ဂြိုလ်တုမှ အကွာအဝေးကို = c x အချိန် ဆိုတဲ့ ရိုးရှင်းတဲ့ပုံသေနည်းဖြင့်

using the simple formula, distance = c x time,

တွက်ချက်ုယူတတ်တယ်၊

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

အဲဒီမှာ c မှာ အလင်း၏ အမြန်နှုန်နဲ့ အချိန် ကျတော့ အချက်ပြမှု လာခဲ့ရတဲ့ အချိန်ကာလပါ။

But there's a problem.

ဒါပေမဲ့ ပြဿနာတစ်ခုက

Light is incredibly fast.

အလင်းဟာ မယုံနိုင်လောက်အောင်ကို မြန်လွန်းတယ်။

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

ကျွန်ုပ်တို့ဟာ အချိန်ကို အနီးဆုံးစက္ကန့်ထိ တွက်နိုင်ကြမယ်ဆိုရင်

every location on Earth, and far beyond,

ကမ္ဘာမြေပေါ်ကတင်မက ဒီထက် ပိုဝေးတဲ့ အရာတိုင်းဟာ

would seem to be the same distance from the satellite.

ဂြိုဟ်တုမှ တူညီတဲ့အကွာအဝေမှာ ရှိနေတယ်လို့ ထင်ရပါမယ်။

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

ဒါနဲ့ အဲဒီအကွာအဝေးကို မီတာအနည်းငယ် အထိ တိကျစွာ တွက်နိုင်ရန်

we need the best clock ever invented.

ကျန်ုပ်တို့ဟာ ရှိရှိသမျှထဲက အကောင်းဆုံးနာရီကို လိုအပ်ပါလိမ့်မယ်။

Enter atomic clocks, some of which are so precise

အက်တမ်နာရီတွေ ဆိုရင်၊ တချို့တို့ဟာ ဘယ်လောက်ကို တိကျလဲဆိုတော့

that they would not gain or lose a second

၎င်းတို့က လာမယ့် နှစ်ပေါင်း သန်း ၃၀၀ အလုပ်လုပ်တောင်မှ

even if they ran for the next 300 million years.

တစ်စက္ကန့်တောင် အမှား မရှိနိုင်ပါဘူး။

Atomic clocks work because of quantum physics.

အနုမြူနာရီ လုပ်ကိုင်မှုက ကွမ်တမ်ရူပဗေဒကို အခြေခံပါတယ်။

All clocks must have a constant frequency.

နာရီအားလုံးတို့ဆီမှာ ကြိမ်နှုန်းဟာ ပုံသေ ရှိရပါမယ်။

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

တစ်နည်း၊ နာရီဆိုတာ အချိန်ကာလကို တိုင်းတာပေးနိုင်ရန်

to mark off equivalent increments of time.

ထပ်ခါထပ်ခါ ဖြစ်တဲ့ လှုပ်ရှားမှုကို အခြေခံရတယ်။

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

အဘိုးရဲ့ နာရီက ဆွဲငင်အား​ကြောင့် တချိန်လုံး လှုပ်ယမ်းနေရတဲ့ ချိန်သီးကို

back and forth of a pendulum under gravity,

အားကိုလျက် အလုပ်လုပ်သလိုပဲ၊

the tick tock of an atomic clock

အက်တမ်နာရီ အတွက် အချက်ပေးသံကို

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

အက်တမ်ထဲရှိ စွမ်းအင်အဆင့် နှစ်ဆင့်အကြား ကူး​ပြောင်းမှုမှ ပေးပါတယ်။

This is where quantum physics comes into play.

ကွမ်တမ် ရူပဗေဒက အဲဒီလိုနည်းဖြင့် ထောက်ကူပေးတာပါ။

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

ကွမ်တမ် မက္ကင်းနစ်အရ အက်တမ်ထံမှ စွမ်းအင် ရှိပါတယ်၊

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

ဒါပေမဲ့ ၎င်းတို့ဟာ စိတ်ကြိုက် ပမာဏကို ယူလို့ မရနိုင်ပါ။

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

အဲဒီအစား၊ အဏုမြူစွမ်းအင်ဟာ တိကျတဲ့ အဆင့်နှင့် ဆက်စပ်မှု ရှိတယ်။

We call these quanta.

ကျွန်ုပ်တို့က အဲဒါကို quanta ခေါ်ကြတယ်။

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

ရိုးရှင်းတဲ့ ဥပမာနဲ့ ပြောရပါက၊ ရှင်းနေတဲ့ လမ်းပေါ်မှာ ကားမောင်းသလိုပါ။

ကိုယ်က အမြန်နှုန်းကို တိုးလိုက်တာနဲ့

As you increase your speed,

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

ကိုယ်ဟာ၊ ဥပမာ တစ်နာရီ မိုင် ၂၀ မှ မိုင် ၇၀ အထိ အမြန်မောင်းရနိုင်ပါတယ်။

Now, if you had a quantum atomic car,

ကိုယ့်ဆီမှာ ကွမ်တမ် အက်တမ် ကားသာရှိခဲ့ရင်၊

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

ကိုယ့်ကားရဲ့ အမြန်နှုန်းဟာ တပြေးညီ တက်လာမှာ မဟုတ်ပါ။

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

အဲဒီအစား၊ ကိုယ်ဟာ နှုန်းတစ်ခုမှ တစ်ခုသို့ ခုန်လိုက် ကူးလိုက် ဖြစ်နေပါမယ်။

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

အက်တမ်ထဲတွင် စွမ်းအင် အဆင့်တစ်ခုမှ နောက်တစ်ခုသို့ ကူးပြောင်းရင်၊

quantum mechanics says

ကွမ်တမ် မက္ကင်းနစ်ရဲ့ အဆိုအရ

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

စွမ်းအင်ခြားနားချက်ဆီမှာ ကြိမ်နှုန်း သီးခြားစီရှိပြီး

multiplied by a constant,

အဲဒါကို ကိန်းသေ တစ်ခုနဲ့ မြှောက်ရင်

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

စွမ်းအင်ထဲက အပြောင်းလဲဟာ Planck ကိန်းသေလို့ ခေါ်တဲ့ဂဏန်း တစ်ခုနဲ့ညီတယ်၊

times the frequency.

ကြိမ်နှုန်းရဲ့ အချိန်ကို တိုင်းတယ်။

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

အဲဒီလို ထူးခြားတဲ့ ကြိမ်နှုန်းနဲ့မှ ကျွန်ုပ်တို့ရဲ့ နာရီကို တည်ဆောက်ရမယ်။

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

GPS ဂြိုဟ်တုတွေဟာ cesium နှင့် rubidium အက်တမ်ကြိမ်နှုန်းကို စံနှုန်းအဖြစ်သုံးတယ်။

In the case of cesium 133,

cesium 133 ကိစ္စမှာကျတော့၊

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

နာရီရဲ့ ထူးခြားတဲ့ ကြိမ်နှုန်းဟာ 9.192.631.770 Hz ဖြစ်ပါတယ်။

That's 9 billion cycles per second.

တစ်စက္ကန့်မှာ ၉ ဘီလီယံ လည်ပတ်မှုပါ။

That's a really fast clock.

တကယ့်ကို မြန်တဲ့ နာရီပါပဲ။

No matter how skilled a clockmaker may be,

နာရီကို ထုတ်လုပ်သူဟာ ဘယ်လောက်ပဲ ကျွမ်းကျင်ကျွမ်းကျင်၊

every pendulum, wind-up mechanism

ချိန်သီ၊ သံကြိုးရစ် စနစ်၊

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

သလင်းကျောက်ရဲ့ တုန်ခါမှုတို့ဆီမှာ ကြိမ်နှုန်း မတူကြပါ။

However, every cesium 133 atom in the universe

ဒါပေမဲ့ စကြဝဠာထဲ ရှိသမျှ cesium 133 အက်တမ် ကျတော့

oscillates at the same exact frequency.

တိကျတဲ့ ကြိမ်နှုန်းကိုသာ ထုတ်လုပ်ပေးတယ်။

So thanks to the atomic clock,

အဲဒီလို အက်တမ်နာရီရဲ့ ကျေးဇူးကြောင့်

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

ကျွန်ုပ်တို့ဟာ အချိန်ကို စက္ကန့်ရဲ့ ဘီလျံပုံ တစ်ပုံအထိ တိကျစွာ တိုင်းနိုင်လို့

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

ဂြိုလ်တုထံမှ အကွာအဝေးကို လွန်စွာမှ တိကျစွာ တိုင်းနိုင်ပါတယ်။

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

ကျွန်ုပ်တို့ဟာ အမြဲလိုလို ကမ္ဘာမြေပေါ်မှ ရှိနေကြတာကို မေ့ပစ်လိုက်ကြပါစို့။

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

သင်ဟာ ဂြိုဟ်တုထံမှ ဘယ်လောက် ဝေးတဲ့ နေရာမှာ ရှိ​ကြောင်း ကျွန်ုပ်တို့ သိလာရပြီ။

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

တနည်၊ သင်ဟာ ဂြိုဟ်တုကို ဗဟုပြုထားတဲ့

centered around the satellite.

စက်လုံးရဲ့ မျက်နှာပြင် တစ်နေရာမှာရှိနေတယ်။

Measure your distance from a second satellite

ကိုယ့်နေရာကို ဒုတိယဂြိုဟ်တုထံမှ အကွာအဝေး တိုင်းကြည့်ရင်

and you get another overlapping sphere.

တစ်ခုနဲ့တစ်ခု ထပ်နေမယ့် နောက် စက်ဝန်း တစ်ခုကို ရပါမယ်။

အဲဒီလို ဆက်တိုင်းကြည့်ပါက၊

Keep doing that,

and with just four measurements,

လေးကြိမ်မျှ တိုင်းလိုက်ရုံနဲ့

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

ပြီးတော့ အိုင်းစတိုင်းရဲ့သီအိုရီကိုသုံးပြီ နည်းနည်းလေး ပြင်ပေးလိုက်ရင်၊

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

ကိုယ့်နေရာကို အာကာသထဲမှာ လုံးဝကို တိကျစွာ ပင်ထိုးပေးနိုင်ပါပြီ။

So that's all it takes:

အဲဒီလို လုပ်နိုင်ဖို့အတွက်-

a multibillion-dollar network of satellites,

ဘီလီယံချီ တန်တဲ့ ဂြိုဟ်တုများရဲ့ ကွန်ရက်လိုတယ်၊

oscillating cesium atoms,

လှုပ်ခါနေတဲ့ cesium အက်တမ်ရယ်၊

quantum mechanics,

ကွမ်တမ် မက္ကင်းနစ်ရယ်၊

relativity,

နှိုင်းယှဉ်ချက် သီအိုရီ၊

a smartphone,

စမတ်ဖုန်း တစ်လုံး၊

and you.

နဲ့ ကျွန်ုပ်တို့ လိုအပ်ပါတယ်။

No problem.

ဘာများ ခက်လို့လဲ။