GPS定位系统以及方舟子的自不量力

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[ 2009/4/10 7:48:00 | By: 张操 ]
 
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推荐最近方舟子先生发表了一篇博文"相对论有没有用？"。他在批评了一位物理学研究员的观点后，摆出一付物理学专家的样子，介绍了全球定位系统（GPS）。他表明"GPS的使用既离不开狭义相对论，也离不开广义相对论，并让普通人也能亲身体验到相对论的威力。"方舟子先生继续批评说："一名研究相对论的理论物理研究员不知道这一点，令人觉得不可思议。"

方舟子先生的博文的最后一段写道："国内有不少否定相对论的人，在网上到处宣扬他们已证明了相对论是错误的。...这些人的思想还停留在30多年前，他们不知道我们的日常生活早已离不开相对论，倒也情有可原。现在他们知道了，是否会改变立场？恐怕不会。这个世界上偏执的人很多。"

  我本人不是全球定位系统（GPS）的专家，可是以我从事物理学四十年的经验， 我可以保险地说，在物理学方面，我要比方舟子先生更有发言权。

  首先，地球在不停地自转。地球表面以及导航卫星的系统不属于惯性系。由地球自转产生的Sagnac时间差效应是个很大的修正项，它既不是狭义相对论效应，也不是广义相对论效应。GPS系统把各个运动中的导航卫星上原子钟都统一到地面静止原子钟的时间，所以GPS系统中使用的原子钟同步法并不等同于狭义相对论中约定的异地钟同步法。

   GPS全球定位系统主要应用了微波信号传送技术，以及计算机高速处理数据的技术。GPS定位误差有很多种来源，其中相对论效应对卫星时钟的影响仅仅是较小的一项。GPS定位主要误差来自于电离层和大气层。电离层中的气体分子和大气层中的水蒸汽分子会折射GPS的微波信号，这种现象在微波信号斜向穿越电离层和大气层时更明显。

  卫星轨道在不断变化，电离层也在不断变化（白天和黑夜能差几倍），大气层的温度、湿度和气压都在不断变化，这些因素引入的误差在每一秒钟都是在变化的。所以，GPS定位系统的数据每过几分钟就得进行一次校正。至于相对论效应的影响究竟有多大？长期的积累效应是否已经被抵消掉？只有那些掌握GPS定位系统核心软件的专家才有发言权。

  方舟子先生本人的专业是生物学。他介绍的GPS系统中的相对论效应的影响， 无非是从网上抄来的皮毛知识。他在物理学领域指手划脚地批评物理学研究员，难道不觉得自不量力吗？