GPS: conferma quotidiana della Relatività Generale e Speciale
Il sistema GPS, utilizzato per la navigazione e il posizionamento via satellite, per poter funzionare (corretta individuazione di posizione e tempo in Terra) necessita di una precisione dell’orologio atomico a bordo dei satelliti GPS, tra i 20 e trenta nanosecondi (millesima parte del milionesimo di secondo).
I satelliti geostazionari orbitano intorno alla Terra a circa 28.000 km/h.
Caso 1
Noi (quali ipotetici osservatori) vediamo i satelliti in moto rapido, a migliaia di km/h rispetto alla nostra posizione. La Relatività Speciale predice che, nel caso 1, “vedremo” gli orologi sul Satellite muoversi più lentamente di quelli in uso sulla Terra; esattamente 7 microsecondi di differenza al giorno, definito come effetto dilatazione temporale.
Caso 2
I satelliti orbitano a circa 20.000 km di altezza rispetto alla Terra, dove la curvatura dello spazio-tempo causata dalla massa del nostro pianeta è minore che sulla sua superficie. La Relatività Generale predice che, nel caso 2, gli orologi che si trovano più vicini a un oggetto massivo (ovvero sulla Terra) si muovono più lentamente di quelli situati più lontano dal corpo (ovvero quelli sul satellite GPS).
I calcoli Relativistici predicono che gli orologi, di ogni satellite GPS, anticipino di 45 microsecondi al giorno quelli sul nostro pianeta.
La combinazione del caso 1 (ritardo del tempo, -7 microsecondi) e del caso 2 ( anticipo del tempo, +45 microsecondi) porta a concludere che gli orologi sul satellite GPS anticipano gli orologi terrestri di 38 microsecondi al giorno!
Quando noi diciamo 38 microsecondi diciamo anche 38.000 nanosecondi, un numero mille volte maggiore della precisione necessaria (tra venti e trenta nanosecondi) per un corretto funzionamento dei Sistemi Satellitari GPS!
Senza Einstein i GPS non funzionerebbero! Essi sono l’ulteriore conferma quotidiana della Relatività e di come il tempo, come grandezza, vari per diversi osservatori, in funzione della velocità con cui si muovono nello spazio oppure in funzione della prossimità a campi gravitazionali.
