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

Traducător: Zsuzsika Bartalis Corector: Cristina Nicolae

How does your smartphone know exactly where you are?

De unde știe mobilul tău exact unde ești?

The answer lies 12,000 miles over your head

Răspunsul este la peste 19.000 kilometri deasupra ta,

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

într-un satelit ce măsoară timpul cu ajutorul unui ceas atomic

powered by quantum mechanics.

alimentat de mecanica cuantică.

Phew.

Pfu!

Let's break that down.

Să le luăm pe rând.

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

În primul rând, de ce e atât de important să știm ce oră este pe un satelit

when location is what we're concerned about?

când pe noi ne interesează locația?

The first thing your phone needs to determine

Primul lucru determinat de telefonul tău

is how far it is from a satellite.

este stabilirea distanței față de satelit.

Each satellite constantly broadcasts radio signals

Fiecare satelit emite constant semnale radio

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

care ajung din spațiu la telefonul tău cu viteza luminii.

Your phone records the signal arrival time

Telefonul tău înregistrează timpul de sosire a semnalului

and uses it to calculate the distance to the satellite

și îl folosește să calculeze distanța până la satelit,

using the simple formula, distance = c x time,

folosind simpla formulă, distanță = v x timp,

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

unde v este viteza luminii și timpul arată cât a călătorit semnalul.

But there's a problem.

Dar este o problemă.

Light is incredibly fast.

Lumina este extrem de rapidă.

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

Dacă am calcula timpul doar în secunde,

every location on Earth, and far beyond,

fiecare locație de pe Pământ, chiar și mult mai departe,

would seem to be the same distance from the satellite.

ar părea să aibă aceeași distanță de la satelit.

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

Deci, pentru a putea calcula acea distanță cu o eroare de câțiva metri

we need the best clock ever invented.

avem nevoie de cel mai bun ceas inventat vreodată.

Enter atomic clocks, some of which are so precise

Vorbim, așadar, despre ceasurile atomice, unele fiind atât de precise

that they would not gain or lose a second

încât nu pierd sau câștigă nici măcar o secundă

even if they ran for the next 300 million years.

chiar dacă ar fi să funcționeze pentru următorii 300 de milioane de ani.

Atomic clocks work because of quantum physics.

Ceasurile atomice funcționează datorită fizicii cuantice.

All clocks must have a constant frequency.

Toate ceasurile trebuie să aibă o frecvență constantă.

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

Altfel spus, un ceas trebuie să efectueze niște acțiuni repetitive

to mark off equivalent increments of time.

ca să delimiteze creșteri echivalente ale timpului.

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

Așa cum un ceas cu pendul se bazează pe o oscilare continuă

back and forth of a pendulum under gravity,

înainte și înapoi a unui pendul sub gravitație,

the tick tock of an atomic clock

tic-tacul unui ceas atomic

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

este întreținut de tranziția dintre două niveluri de energie ale unui atom.

This is where quantum physics comes into play.

Aici intră în scenă fizica cuantică.

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

Mecanica cuantică susține că atomii poartă energie,

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

dar ei nu pot prelua orice cantitate arbitrară.

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

În schimb, energia atomică este limitată la un set precis de niveluri.

We call these quanta.

Pe acestea le numim quanta.

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

O analogie simplă ar fi conducerea unei mașini pe o autostradă.

As you increase your speed,

Pe măsură ce accelerezi,

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

în mod normal ai merge, să zicem, de la 32 km/oră până la 112 km/oră.

Now, if you had a quantum atomic car,

Dar dacă ai avea o mașină cuantică atomică,

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

nu ai accelera în mod liniar.

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

În schimb ai sări instantaneu sau ai trece de la o viteză la alta.

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

Pentru un atom, când o tranziție apare de la un nivel de energie la altul,

quantum mechanics says

mecanica cuantică spune

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

că diferența de energie este egală cu o frecvență caracteristică

multiplied by a constant,

înmulțită cu o constantă,

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

unde schimbarea în energie este egală cu un număr numit constanta lui Planck

times the frequency.

înmulțită cu frecvența.

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

Frecvența caracteristică e cea de care avem nevoie pentru ceasul nostru.

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

Sateliții GPS se bazează pe atomii cesiu și rubidiu ca standarde de frecvență.

In the case of cesium 133,

În cazul cesiului 133,

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

frecvența caracteristică a ceasului este 9,192,631,770 Hz.

That's 9 billion cycles per second.

Asta ar fi 9 miliarde de cicluri pe secundă.

That's a really fast clock.

Ăsta da ceas rapid.

No matter how skilled a clockmaker may be,

Oricât de priceput ar fi un ceasornicar,

every pendulum, wind-up mechanism

fiecare pendul, mecanism de întoarcere

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

și cristalul quartz rezonează la o frecvență puțin diferită.

However, every cesium 133 atom in the universe

Totuși, fiecare atom de cesiu 133 din univers

oscillates at the same exact frequency.

oscilează la aceeași frecvență.

So thanks to the atomic clock,

Așadar, mulțumită ceasului atomic,

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

avem o precizie de citire a timpului de până la o miliardime de secundă

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

și o măsurare foarte precisă a distanței de la acel satelit.

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

Hai să ignorăm faptul că ești aproape cu siguranță pe Pământ.

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

Acum știm că ești la o distanță fixă față de satelit.

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

Cu alte cuvinte ești undeva pe suprafața unei sfere

centered around the satellite.

situate undeva în jurul satelitului.

Measure your distance from a second satellite

Măsoară-ți distanța de la un al doilea satelit

and you get another overlapping sphere.

și vei obține o altă sferă suprapusă.

Continuă să faci asta

Keep doing that,

and with just four measurements,

și cu doar patru măsurători

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

și o mică corectare folosind teoria relativității a lui Einstein,

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

poți stabili locația ta exactă la un punct în spațiu.

So that's all it takes:

Deci asta e tot ce ai nevoie:

a multibillion-dollar network of satellites,

o rețea de sateliți de miliarde de dolari,

oscillating cesium atoms,

atomi de cesiu oscilanți,

quantum mechanics,

mecanică cuantică,

relativity,

relativitate,

a smartphone,

un smartphone

and you.

și tu.

No problem.

Nicio problemă.