Проблема синхронизации GPS
Те самые скандальные часы
GPS преподносит нам другую проблему. Хорошо известно, что спутниковая система GPS разрабатывалась в США. Минобороны обеспечивает наивысшую точность средств определения как позиции, так и времени везде на поверхности Земли и ее окрестностях. Но часы GPS (и даже наземные часы) преподносят нам такую проблему, которая не очень хорошо известна, что допускаемые в ней решения этой проблемы - несомненно неправильны с точки зрения СТО.
Часы GPS показывают, как и ожидается, что перемещающиеся часы идут медленней и, что часы идут медленней при более низком гравитационном потенциале.
Часы GPS корректируются за ожидаемое замедление хода перед запуском на орбиту, принимая во внимание то, что земной гравитационный потенциал на высоте номинальной орбиты заставляет их работать быстрее. Этот более быстрый ход часов является частичной компенсацией эффекта номинальной циклической орбитальной скорости спутников.
Есть два интересных взаимодействия между эффектами гравитационного потенциала и эффектами скорости в показаниях часов. Сначала, на уровне моря все часы на Земле идут с одной и той же скоростью. Это связано с тем, что вращение Земли вызывает ее раздувание на экваторе, так как гравитационный потенциал там выше. (Часы на экваторе дальше от центра Земли.) Эффект в показаниях часов от этого большого потенциала в экваторе и эффект в показаниях часов от скорости вращения точно компенсируют друг друга. Так что показания часов на экваторе равно показанию часов на полюсах.
Второе взаимодействие гравитационного потенциала и скорости в показаниях часов происходит из-за эксцентричности орбит GPS. В перигее, более низкий гравитационный потенциал приводит к тому, что часы GPS идут медленнее, чем номинально. Также в перигее, спутники перемещаются быстрее чем в среднем и это также заставляет часы GPS работать медленнее - точно с той же суммой. Так что кажется, что энергия – вот что заставляет часы идти с другим темпом. Возрастающая гравитационная потенциальная энергия заставляет часы работать быстрее. Возрастающая кинетическая энергия (скорость) заставляет часы работать медленнее.
Ну и в чем же проблема часов? Проблема проявляется, вопреки ожиданиям, с часами на Земле, которые как кажется, не подвержены влиянию солнечного гравитационного потенциала. Почему так? Для часов, приязанных к Земле, проблема была описана как проблема "полдень-полночь". В полдень часы ближе к Солнцу на диаметр Земли, нежели часы в полночь. Таким образом, ожидается, что в полдень часы должны идти медленнее, чем в полночь из-за солнечного гравитационного потенциала, однако это не наблюдается.
Сначала предлагаемое решение проблемы "полдень-полночь" было выдвинуто Банешем Гофманом (Banesh Hoffmann) [2] в статье, называвшейся "Полуденно-полуночное красное смещение". В статье заявляется, что потенциальный гравитационный эффект не имеет места, поскольку он компенсируется релятивистским Доплер-эффектом. Таким образом, автор говорит, что, подобно часам на уровне моря, имеет место взаимоуничтожение скоростного и потенциального эффектов. В двух словах, Гофман заявляет, что, поскольку точка на Земле, ближайшая к Солнцу, и точку на Земле дальняя относительно движения вокруг Солнца имеют разные скорости, они будут иметь эффекты хода часов, отличающиеся от тех, что наблюдаются при орбитальном движении вокруг Земли.
Это верно, что часы, которые облетают Солнце за год по радиусу земного полдня должны иметь тот же ход, что часы, которые облетают Солнце за год по радиусу земной полночи, то есть потенциальное гравитационное различие должно компенсироваться скоростным различием. Но объяснение Гофмана не может быть принято. Это противоречит поведению часов GPS. Различие в солнечном гравитационном потенциале для GPS синхронизируемых в точке, ближайшей к Солнцу и дальней от Солнца ( различие в расстоянии приблизительно в четыре раза превосходит земного диаметр) кажется, не оказывает никакого влияния на часы GPS. Несомненно, эти точки на орбите облетают Солнце с другими скоростями. Плоскости спутниковых орбит GPS не вращаются так, как земная орбита вокруг Солнца. Однако, они движутся вокруг Солнца в той же скорости. То, что ось вращения земли не изменяется, как земная орбита вокруг Солнца должно быть достаточным, чтобы отрицать объяснение Гофмана. Вращение точки полдень-полночь Земли не подразумевает, что земная ИСО подвергается годовому вращению. Для отсутствующего эффекта необходимо иное объяснение.
Альтернативная попытка в объяснении может быть найдна в литературе. Статья Эшби и Бертотти (Ashby, Bertotti) [3], названная "Релятивистские эффекты в локальной ИСО", требует, чтобы ускорение свободного падения порождало фиктивное гравитационное поле, которое нейтрализует реальное поле. Легче всего прочесть версию того же самого аргумента в исчерпывающей книге о GPS [4].
Проблема аргументации Эшби и др. в использовании принципа эквивалентности.
http://bourabai.kz/hatch/clocks_rus.htm
