< Return to Video

Hoe weet je smartphone waar je bent? - Wilton L. Virgo

  • 0:07 - 0:10
    Hoe weet je smartphone
    precies waar je bent?
  • 0:10 - 0:14
    Het antwoord ligt
    op 19.000 km boven je hoofd
  • 0:14 - 0:18
    in ronddraaiende satelliet
    die de tijd bijhoudt met een atoomklok
  • 0:18 - 0:21
    op basis van kwantummechanica.
  • 0:21 - 0:22
    Oef.
  • 0:22 - 0:24
    Hoe gaat dat?
  • 0:24 - 0:29
    Waarom moet een satelliet
    de tijd zo precies kennen
  • 0:29 - 0:32
    als het om plaatsbepaling gaat?
  • 0:32 - 0:34
    Je telefoon moet ten eerste bepalen
  • 0:34 - 0:38
    hoe ver het is tot aan de satelliet.
  • 0:38 - 0:41
    Elke satelliet zendt voortdurend
    radiosignalen uit.
  • 0:41 - 0:46
    Met de snelheid van het licht komen die
    vanuit de ruimte naar jouw telefoon.
  • 0:46 - 0:49
    Je telefoon registreert
    de aankomsttijd van het signaal
  • 0:49 - 0:52
    en berekent daarmee de afstand
    tot aan de satelliet
  • 0:52 - 0:57
    met behulp van de eenvoudige formule:
    afstand = c x t,
  • 0:57 - 1:00
    waarbij c de snelheid van het licht is
  • 1:00 - 1:02
    en t de tijd hoe lang
    het signaal onderweg was.
  • 1:02 - 1:04
    Maar er is een probleem.
  • 1:04 - 1:06
    Licht is ongelooflijk snel.
  • 1:06 - 1:10
    Als we slechts een fout
    van 1 seconde zouden maken,
  • 1:10 - 1:13
    dan zou elke plaats op aarde,
    en ver daarbuiten,
  • 1:13 - 1:16
    even ver van de satelliet lijken.
  • 1:16 - 1:20
    Om de afstand te berekenen
    tot op enkele meter nauwkeurig,
  • 1:20 - 1:24
    moeten we de beste klok hebben
    die ooit is uitgevonden.
  • 1:24 - 1:28
    Dus atoomklokken,
    waarvan sommige zo precies zijn
  • 1:28 - 1:31
    dat ze er op 300 miljoen jaar
  • 1:31 - 1:36
    minder dan 1 seconde
    naast zouden zitten.
  • 1:36 - 1:39
    Atoomklokken werken
    op basis van kwantumfysica.
  • 1:39 - 1:42
    Alle klokken moeten
    een constante frequentie hebben.
  • 1:42 - 1:46
    Met andere woorden, een klok moet
    een bepaalde repetitieve actie verrichten
  • 1:46 - 1:49
    om de tijd
    in even grote stukjes te verdelen.
  • 1:49 - 1:53
    Net zoals een slingerklok gebaseerd is
    op een constante slingerbeweging
  • 1:53 - 1:56
    van een slinger door zwaartekracht,
  • 1:56 - 1:58
    wordt de tiktak van een atoomklok
  • 1:58 - 2:03
    constant gehouden door de overgang
    tussen twee energieniveaus van een atoom.
  • 2:03 - 2:06
    Dit is waar de kwantumfysica
    op de proppen komt.
  • 2:06 - 2:09
    Kwantummechanica zegt
    dat atomen energie kunnen bevatten,
  • 2:09 - 2:13
    maar niet zomaar
    een willekeurige hoeveelheid.
  • 2:13 - 2:18
    Die energie is beperkt
    tot een precieze set van niveaus.
  • 2:18 - 2:20
    Die noemen we kwanta.
  • 2:20 - 2:24
    Denk aan het besturen
    van een auto op een snelweg.
  • 2:24 - 2:27
    Als je je snelheid wil verhogen,
  • 2:27 - 2:32
    kan je geleidelijk gaan van,
    zeg, 30 km/h tot 100 km/h.
  • 2:32 - 2:35
    Zou je met een ‘kwantumauto’ rijden,
  • 2:35 - 2:38
    zou je niet geleidelijk kunnen versnellen.
  • 2:38 - 2:44
    Je zou bijvoorbeeld
    ineens van 30 naar 100 springen.
  • 2:44 - 2:49
    Als een atoom van een energieniveau
    naar een ander gaat,
  • 2:49 - 2:50
    zegt de kwantummechanica
  • 2:50 - 2:55
    dat het energieverschil overeenkomt
    met een karakteristieke frequentie
  • 2:55 - 2:57
    vermenigvuldigd met een constante,
  • 2:57 - 3:03
    de zogenaamde constante van Planck, h.
  • 3:03 - 3:05
    Dus: h maal de frequentie.
  • 3:05 - 3:10
    Die karakteristieke frequentie
    hebben we nodig voor onze klok.
  • 3:10 - 3:16
    Gps-satellieten steunen op cesium-
    en rubidiumatomen als frequentiestandaard.
  • 3:16 - 3:19
    Bij cesium-133
  • 3:19 - 3:29
    is de karakteristieke klokfrequentie
    9.192.631.770 hertz.
  • 3:29 - 3:32
    Ongeveer 9 miljard cycli per seconde.
  • 3:32 - 3:34
    Die klok ‘tikt’ wel erg snel.
  • 3:34 - 3:36
    Hoe vaardig een klokkenmaker ook kan zijn,
  • 3:36 - 3:38
    elke slinger, veermechanisme
  • 3:38 - 3:43
    of kwartskristal trilt
    met een iets andere frequentie.
  • 3:43 - 3:47
    Maar elk cesium-133 atoom in het heelal
  • 3:47 - 3:51
    trilt met exact dezelfde frequentie.
  • 3:51 - 3:53
    Dankzij de atoomklok krijgen we de tijd
  • 3:53 - 3:57
    tot op 1 miljardste seconde nauwkeurig.
  • 3:57 - 4:02
    En daarmee een zeer nauwkeurige meting
    van de afstand tot die satelliet.
  • 4:02 - 4:07
    Laten we even vergeten
    dat je bijna zeker op aarde bent.
  • 4:07 - 4:10
    We kennen nu je afstand tot de satelliet.
  • 4:10 - 4:13
    Met andere woorden, je bent ergens
  • 4:13 - 4:16
    op het oppervlak
    van een bolvlak rond de satelliet.
  • 4:16 - 4:18
    Meet de afstand tot een tweede satelliet
  • 4:18 - 4:21
    en je krijgt een andere overlappende bol.
  • 4:21 - 4:22
    Doorgaan,
  • 4:22 - 4:24
    en met slechts vier metingen,
  • 4:24 - 4:27
    en een kleine correctie met behulp
    van Einsteins relativiteitstheorie,
  • 4:27 - 4:34
    bepaal je je locatie
    op één specifiek punt in de ruimte.
  • 4:34 - 4:35
    Dus dat is alles wat nodig is:
  • 4:35 - 4:38
    een miljarden kostend
    netwerk van satellieten,
  • 4:38 - 4:40
    trillende cesium-atomen,
  • 4:40 - 4:41
    kwantummechanica,
  • 4:41 - 4:42
    relativiteit,
  • 4:42 - 4:43
    een smartphone,
  • 4:43 - 4:46
    en jij.
  • 4:46 - 4:47
    Dat is het hele eiereneten.
Title:
Hoe weet je smartphone waar je bent? - Wilton L. Virgo
Speaker:
Wilton L. Virgo
Description:

Smartphone-apps met gps-locatie zijn heel handig bij het zoeken naar een route of events in de buurt. Maar hoe weet je smartphone waar je bent? Wilton L. Maagd legt uit dat het antwoord 19.000 km boven je hoofd ligt, in een satelliet die de tijd bijhoudt op het ritme van een atoomklok, aangedreven door kwantummechanica.

Les door Wilton L. Virgo, animatie door Nick Hilditch.
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
05:04

Dutch subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.