Solo para revisar brevemente la dilatación del tiempo, ya que algunos lectores no conocerán los detalles generales.
Para lograr este nivel de precisión, las señales de reloj de los satélites GPS deben conocerse con una precisión de 20-30 nanosegundos. Sin embargo, debido a que los satélites se mueven constantemente en relación con los observadores en la Tierra, los efectos predichos por las teorías Especial y General de la Relatividad deben tomarse en cuenta para lograr la precisión deseada de 20-30 nanosegundos.
Debido a que un observador en el suelo ve a los satélites en movimiento en relación con ellos, la Relatividad Especial predice que deberíamos ver sus relojes tictac más lentamente. La Relatividad especial predice que los relojes atómicos a bordo de los satélites deberían caer detrás de los relojes en el suelo en aproximadamente 7 microsegundos por día debido a la velocidad de tictac más lenta debido al efecto de dilatación del tiempo de su movimiento relativo.
Además, los satélites están en órbitas por encima de la Tierra, donde la curvatura del espacio-tiempo debida a la masa de la Tierra es menor que en la superficie de la Tierra. Una predicción de la Relatividad General es que los relojes más cercanos a un objeto masivo parecerán funcionar más lentamente que los que se encuentran más alejados. Como tal, cuando se ven desde la superficie de la Tierra, los relojes de los satélites parecen estar marcando más rápido que los relojes idénticos en el suelo. Un cálculo que utiliza la Relatividad General predice que los relojes en cada satélite GPS deberían adelantarse a los relojes en tierra en 45 microsegundos por día.
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¡La combinación de estos dos efectos relativíticos significa que los relojes a bordo de cada satélite deben marcar más rápido que los relojes idénticos en tierra en aproximadamente 38 microsegundos por día (45-7 = 38)!
Esto suena pequeño, pero la alta precisión requerida del sistema GPS requiere una precisión de nanosegundos, y 38 microsegundos es de 38,000 nanosegundos. Si estos efectos no se tuvieran en cuenta adecuadamente, una solución de navegación basada en la constelación del GPS sería falsa después de solo 2 minutos, ¡y los errores en las posiciones globales continuarán acumulándose a una velocidad de aproximadamente 10 kilómetros por día!
Los ingenieros que diseñaron el sistema GPS incluyeron estos efectos relativistas cuando diseñaron e implementaron el sistema. Por ejemplo, para contrarrestar el efecto Relativista General una vez en órbita, disminuyeron la frecuencia de tictac de los relojes atómicos antes de que se lanzaran, de modo que una vez que estuvieran en sus estaciones de órbita adecuadas, sus relojes parecerían funcionar a la velocidad correcta en comparación con Los relojes atómicos de referencia en las estaciones de tierra del GPS.
Fuente: GPS y Relatividad.
La relatividad especial ralentiza el reloj y la relatividad general acelera el reloj, si los relojes satelitales no se corrigieron por los efectos relativistas, los relojes de un satélite se adelantarían 38 microsegundos por día. Mirando el reloj no corregido en el satélite e ignorando el retraso debido a la transmisión de la señal (se supone que es instantáneo), estaríamos recibiendo señales del “futuro”. Pero, esto no es diferente de que tu tía que vive en Australia te llama (vive en Canadá), ella te llama desde el futuro;).