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

Çeviri: Sancak Gülgen

How does your smartphone know exactly where you are?

Akıllı telefonunuz tam olarak nerede olduğunuzu nasıl biliyor?

The answer lies 12,000 miles over your head

Cevap başınızın 19,312 km üstünde

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

kuantum mekaniği ile çalışan bir atomik saatin

powered by quantum mechanics.

atışlarıyla zamanı belirleyen bir uydudadır.

Phew.

Huh.

Let's break that down.

Daha detaylı bakalım.

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

Öncelikle, yerimizi öğrenmek istediğimizde,

when location is what we're concerned about?

uyduda zamanın ne olduğu neden bu kadar önemli?

The first thing your phone needs to determine

İlk önce telefonunuzun uydudan

is how far it is from a satellite.

ne kadar uzakta olduğunu bilmesi gerekiyor.

Each satellite constantly broadcasts radio signals

Her bir uydu sürekli olarak uzaydan telefonunuza

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

ışık hızında giden radyo sinyalleri yollar.

Your phone records the signal arrival time

Telefonunuz sinyalin geldiği zamanı kaydeder

and uses it to calculate the distance to the satellite

ve uyduyla arasındaki mesafesi hesaplamak için kullanır.

using the simple formula, distance = c x time,

Bunun için şu basit formülü kullanır,

Mesafe= c x zaman,

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

burada c ışık hızı ve zamanda sinyalin seyahat etme süresidir.

But there's a problem.

Fakat bir sorun var.

Light is incredibly fast.

Işık son derece hızlıdır.

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

Eğer biz sadece en yakın ikinci saniyeyi hesaplayabilseydik.

every location on Earth, and far beyond,

Dünya üzerindeki her nokta,

ve daha ötesi,

would seem to be the same distance from the satellite.

uyduya aynı uzaklıktaymış gibi gözükürdü.

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

Bu mesafeyi birkaç metreyle hesaplayabilmek için,

we need the best clock ever invented.

icat edilmiş en iyi saate ihtiyacımız var.

Enter atomic clocks, some of which are so precise

Atomik saatler, bazıları o kadar hassastır ki

that they would not gain or lose a second

300 milyon yıl çalışsalar bile

even if they ran for the next 300 million years.

bir saniye ileri gitmezler veya geride kalmazlar.

Atomic clocks work because of quantum physics.

Atomik saatler kuantum fiziği sayesinde çalışır.

All clocks must have a constant frequency.

Bütün saatlerin sabit bir frekansı olmalıdır.

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

Yani bir saat, zaman artışını belirleyebilmek için

to mark off equivalent increments of time.

sürekli bir devinim gerçekleştirmelidir.

Just as a grandfather clock relies on the constant swinging

Tıpkı ayaklı duvar saatlerinde sarkacın yer çekimi etkisinde

back and forth of a pendulum under gravity,

ileri geri salınımıyla çalıştığı gibi,

the tick tock of an atomic clock

bir atomik saatin tik takı da

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

bir atomdaki iki enerji seviyesinde geçişlerle sağlanır.

This is where quantum physics comes into play.

Burası kuantum fiziğinin oyuna dahil olduğu yerdir.

Quantum mechanics says that atoms carry energy,

Kuantum mekaniği der ki; atomlar enerji taşır,

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

fakat rastgele miktarlarda taşımazlar.

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

Bunun yerine, atomik enerji belirli seviye gruplarıyla sınırlandırılmıştır.

We call these quanta.

Bunlara quanta denir.

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

Basit bir benzetme olarak, bir arabayla yol aldığınızı düşünün.

As you increase your speed,

Hızınız artırdıkça,

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

Normal olarak 30 km/saat'ten 110 km/saat'e aralıksız olarak çıkarsınız.

Now, if you had a quantum atomic car,

Şimdi, eğer kuantum atomik arabanız olsaydı,

you wouldn't accelerate in a linear fashion.

doğrusal şekilde ivmelenemezdiniz.

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

Bunun yerine, aniden zıplardınız, veya geçerdiniz, bir hızdan diğerine.

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

Bir atomda, bir enerji seviyesinden diğerine geçiş olduğu zaman,

quantum mechanics says

kuantum mekaniği der ki;

that the energy difference is equal to a characteristic frequency,

bu enerji değişimi karakteristik bir frekansa eşittir,

multiplied by a constant,

bir sabitle çarpılmış,

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

burada enerjideki değişim eşittir,

Planck sabiti denilen sayı çarpı frekanstır.

times the frequency.

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

Bu karakteristik frekansa, saatimizi oluştururken kullanırız.

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

GPS uyduları sezyum ve rubidyum atomlarının frekanslarını standart alır.

In the case of cesium 133,

sezyum 133'ün

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

karakteristik saat frekansı

9,192,631,770 Hz'tir.

That's 9 billion cycles per second.

Bu da 1 saniyede 9 milyar çevrim demektir.

That's a really fast clock.

Gerçekten çok hızlı bir saat.

No matter how skilled a clockmaker may be,

Saatçinin ne kadar yetenekli olduğunu önemli değil,

every pendulum, wind-up mechanism

her sarkaç, kurma mekanizması

and quartz crystal resonates at a slightly different frequency.

ve quartz kristalleri az da olsa farklı frekansta salınırlar.

However, every cesium 133 atom in the universe

Buna rağmen, evrendeki bütün sezyum 133 atomları

oscillates at the same exact frequency.

tam olarak aynı frekansta salınırlar.

So thanks to the atomic clock,

Böylece atomik saat sayesinde,

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

zamanı saniyenin milyarda biri hassasiyetle,

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

ve uydudan olan mesafeyi de çok hassas bir şekilde belirleyebiliyoruz.

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

Hemen hemen kesinlikle dünyada olduğunuzu ihmal edelim.

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

Uydudan sabit bir uzaklıkta olduğunuzu biliyoruz.

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

Yani, merkezinde uydunun bulunduğu kürenin

centered around the satellite.

yüzeyinin bir yerindesiniz.

Measure your distance from a second satellite

Mesafeniz ikinci bir uydudan da ölçülür

and you get another overlapping sphere.

ve örtüşen başka bir küredesinizdir.

Keep doing that,

Böyle devam eder,

and with just four measurements,

dört ölçüm sonucunda,

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

ve Einstein'ın izafiyet teorisi kullanılarak yapılan küçük bir düzeltme ile,

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

Uzaydaki yerinizi bir nokta olarak kesin bir şekilde belirleyebilirsiniz.

So that's all it takes:

Bütün bunlar düşünüldüğünde:

a multibillion-dollar network of satellites,

milyar dolarlık uydu bağlantısı,

oscillating cesium atoms,

sezyum atomunun salınımı,

quantum mechanics,

kuantum mekaniği,

relativity,

izafiyet,

a smartphone,

akıllı telefon

and you.

ve siz.

No problem.

Sorun yok.