相对论中时空变慢的实验经常引用的就是地面与人造卫星上两个被校准过的原子钟的时间对比，发现卫星上的钟_百度知道狭义相对论钟慢效应问题 估算地上的钟经过 24 h 后它的示数与卫星上的钟的示数差多少?根据狭义相对论，运动的钟比静止的钟慢．根据广义相对论，钟在引力场中变慢．现在来考虑在上述测量中相对论的这两种效应．已知天上卫星的钟与地面观测站的钟零点已经对准．假设卫星在离地面 h = 2.00 ×104 km的圆形轨道上运行，地球半径R、光速 c 和地面重力加速度 g已知。根据狭义相对论，试估算地上的钟经过 24 h 后它的示数与卫星上的钟的示数差多少？设在处理这一问题时，可以把匀速直线运动中时钟走慢的公式用于匀速圆周运动．（25届决赛）答案中这么写如果以卫星相对地球运动不是有卫星时间吗，答案怎么解释
胡椒歌惜0379
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揭秘相对论时间效应的七个实验真相
爱因斯坦相对论已经提出一百多年了，仍有人怀疑相对论的正确性，事实上相对论并不复杂，它完全抛弃了绝对时空的观念，颠覆了人类对宇宙及自然的“常识性”认知，是关于时空和引力的基本理论。相对论分为狭义相对论和广义相对论，狭义相对论讨论的问题不涉及引力，时空是平直的，广义相对论讨论有引力作用的物理学，时空是弯曲的。狭义相对论说，物体运动的速度越快，其时间会变得越慢；广义相对论说，离大质量物体越近，引力越大，时间会变得越慢。由于极高的速度和极大的质量才会使效应明显，现实生活中根本无法体会，于是总有人怀疑相对论并不正确。两个人在一起争论的时候，往往有人要求你举出实例证明，笔者总结了一下，争取用最简练的语言把几个主要的实例说清楚，方便大家在争论中择优录用，摧枯拉朽般击垮对手的信心。当然要是遇到非要亲眼一见才相信的人，我劝你还是离他远点更为明智一些。1、遥远的星光会被太阳弯曲。爱因斯坦相对论提出后，很多人不相信光线会被弯曲，英国科学家爱丁顿于是在1919年日食时，拍下了太阳边缘处远处恒星的位置，与平时位置进行比对，确认其偏离了1.64角秒，和爱因斯坦计算的1.75角秒基本吻合，爱因斯坦因此赢得了巨大的国际声望。2、水星轨道的异常进动。水星的近日点会随时间前移，每300万年移动一周，这就是行星的进动。在综合计算其它行星影响后，仍有每世纪43弧秒的进动无法解释，当时的人们认为是由一颗尚未被发现的行星引起，却一直无法找到。而用爱因斯坦相对论产生的时空曲率，计算出的附加进动值刚好是43弧秒，完美解决了水星异常进动问题。3、白矮星光线的引力红移。爱因斯坦预言，由于引力场导致时间膨胀，恒星上电子的振荡频率将会变慢，波长变长，亦即引力红移。由于太阳的效应不明显，科学家们通过观察比太阳密度大得多的白矮星发出的光，证实了光辐射明显红化。4、不同海拔原子钟时间不同。实验证明，位于海拔1650米的美国国家标准局的原子钟，比位于海拔25米的英国皇家格林威治天文台的原子钟，一年要快5微秒，意味着相对论预言的离地球近的地方比远的地方时间慢一些是成立的。5、飞机上的原子钟实验。1971年，物理学家乔·哈菲尔和理查·基廷将高精度的2个铯原子钟分别放在向东和向西飞行的飞机上绕地球飞行，然后与放在美国海军天文台的时钟对比，时间膨胀效应与预测结果完全吻合。6、GPS上的原子钟变快。美国发射GPS卫星时，综合卫星速度及高度引起的时间膨胀效应，每天原子钟会变快38微秒，导致一天定位误差累积达11公里，所以原子钟在发射前会把振荡频率从10.23兆赫调为10.兆赫。7、高速运动的μ子寿命延长。宇宙射线与大气中的分子发生碰撞，可以在离海平面大约15公里高处产生接近光速的高能μ子，由于μ子是一种不稳定的亚原子粒子，平均寿命只有2.2微秒，按理在衰变之前只能行进约660米的距离，不可能到达地面。但实际却在海平面观测到大量μ子，这只能是近光速运动的时间膨胀效应使μ子的时间变慢，寿命大大延长，这也是相对论效应存在的经典证明。
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TA的最新馆藏GPS的核心技术:精确计时与原子钟
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摘要：GPS原理-工艺-技术篇:GPS的核心技术之精确计时与原子钟的有关知识讲解.以下内容由买购网整理.提供给您参考.
GPS的核心技术：精确计时与原子钟 GPS系统操作原理其实是很简单的:每一颗卫星不断发射包含其位置和精确到十亿分之一秒的时间的数字无线电信号。GPS的接收装置接收到来自于四颗卫星的信号，然后计算出在地球上的位置，误差仅为几百英尺。接收装置将接收时间与卫星发射的时间进行比较，通过二者之差计算出远离卫星的距离(光线的速度为每秒186,000英里，假如卫星发射时间比接收时间晚千分之一秒，那么接受装置离卫星的距离就为186英里)。通过比较这个时间与其他三个已知位置的卫星的时间，接收装置便能够确定经纬度及海拔高度。 从以上论述可以看出精确计时及其计时工具在整个GPS系统中的重要地位。 说到原子钟，它最初本是由物理学家创造出来用于探索宇宙本质的;他们从来没有想过这项技术有朝一日竟能应用于全球的导航系统上。 根据量子物理学的基本原理，原子是按照不同电子排列顺序的能量差，也就是围绕在原子核周围不同电子层的能量差，来吸收或释放电磁能量的。这里电磁能量是不连续的。当原子从一个“能量态”跃迁至低的“能量态”时，它便会释放电磁波。这种电磁波特征频率是不连续的，这也就是人们所说的共振频率。同一种原子的共振频率是一定的例如铯133的共振频率为每秒周。因此铯原子便用作一种节拍器来保持高度精确的时间。 30年代，拉比和他的学生们在哥伦比亚大学的实验室里研究原子和原子核的基本特性。也就是在这里，他们在依靠这种原子计时器来制造时钟方面迈出了有价值的第一步。在其研究过程中，拉比发明了一种被称为磁共振的技术。依靠这项技术，他便能够测量出原子的自然共振频率。为此他还获得了1944年诺贝尔奖。同年，他还首先提出“要讨论讨论这样一个想法”(他的学生这样说道)，也就是这些共振频率的准确性如此之高，完全可以用来制作高精度的时钟。他还特别提出要利用所谓原子的“超精细跃迁”的频率。这种超精细跃迁指的是随原子核和电子之间不同的磁作用变化而引起的两种具有细微能量差别的状态之间的跃迁。 在这种时钟里，一束处于某一特定“超精细状态”的原子束穿过一个振荡电磁场。当原子的超精细跃迁频率越接近磁场的振荡频率，原子从磁场中吸收的能量就越多，从而产生从原始超精细状态到令一状态的跃迁。通过一个反馈回路，人们能够调整振荡场的频率直到所有的原子完成了跃迁。原子钟就是利用振荡场的频率即保持与原子的共振频率完全相同的频率作为产生时间脉冲的节拍器。 两位科学家先驱的工作为全球定位系统的发展奠定了基础:左图:拉比对原子和原子核的基本性质所做的研究引导他发明了磁共振的技术，为第一台原子钟的出现奠定基础。右图:拉比以前的学生诺曼兰姆赛为铯原子束“喷泉”钟的发展奠定了基础。他还发明了氢微波激射仪器，从而为时间记录的概念重新下了定义。 拉比本人并没有深入到制造这种时钟的工作，但其他的研究者继续工作改进这个想法和技术。1949年，拉比的学生诺曼?兰姆赛所做的研究表明如果让原子束通过振荡场两次的话便能得到更精确的时钟。为此，兰姆赛于1989年获得了诺贝尔奖。 目前常用的高精度计时工具是利用铯原子的能级跃迁振动频率来制造。这类原子钟通常每天可准确到1×10-13秒或30万年差一秒。 普通钟表在测定时间时须依靠固定的振动频率，机械表的摆轮频率每秒5次或6次，音叉钟的频率每秒几百至几千次。石英钟表(石英振荡式)的振动频率是由微小的石英片的振动产生的，其固定振动频率每秒32000次。铯原子钟振动频率高达9.19×109次。振动频率越高，计时越精确，铯原子钟是目前最精确的计时仪器。除铯以外，也可用其他原子的能级跃迁振动频率来制造原子钟。利用原子钟还可预报地震。如已知电波或激光的速度，只要用原子钟测定从一点到达另一点所需时间，就可计算出两点间距离。利用这一原理可测出地表的微小变化。地震前，地壳首先出现变动，主要表现在地表的微小伸张(在几百公里的距离内只有几米)。利用原子钟和人造同步卫星可准确测定地表的伸张程度，从而有效地预报地震。目前，此种地震预报站在世界上有两座，一座在美国加利福尼亚州，一座在德国慕尼黑。 二战后，美国国家标准局和英国国家物理实验室共同致力于制定基于拉比和其学生所做的原子共振研究的原子时间标准。国家物理实验室的路易斯?埃森和约翰?帕里共同建造了世界上第一台原子钟，但这台时钟所需的仪器竟占据了整个房间。拉比的另一位老同事杰罗德?扎奇里亚斯来自麻省理工学院，他也试图将原子钟改进成具有实际用途的装置。扎奇里亚斯计划建造一个被他称作为“原子喷泉”的装置，这台设想中的原子钟将十分精确，完全可以用来研究爱因斯坦提到的重力对时间的影响。在实际过程中，他制造的原子钟规模更小，竟可以从一个实验室推到另一个实验室。1954年，扎奇里亚斯加入到位于马萨诸塞州马尔登的松下公司，制造以便携仪器构成的用于商业目的的原子钟。两年之后，该公司制造出第一台用于商业目的的原子钟“Atomichron”，在后来的四年里共卖出了五十台。今天我们在GPS系统中所采用的原子钟都是从Atomichron演变来的。 1967年，由于原子钟的研究取得了丰富的成果，人们重新给秒下了定义，即按照铯原子的振荡频率来制定。今天的原子钟的精度可以达到每十万年误差不超过一秒。 与此同时，物理学家们继续在对拉比及其学生提出的原子共振的想法实验新的方法并应用到原子钟上。除了使用磁，另一种技术则利用一种被称作“光泵激”的现象来挑选出处于不同能量级可用于计时的原子。该技术迫使所有原子进入一道光束以达到所期望的状态。来自巴黎高等师范学院的阿尔弗雷德?卡斯勒因此而获得了诺贝尔奖。今天的许多原子钟采用的就是光泵激铷原子来代替铯原子。铷钟比铯钟更小而且便宜得多，但精度并不如后者高。 另一种原子钟就是氢微波激射仪。氢微波激射仪始于哥伦比亚大学查尔斯唐斯及其同事在一九五四年对分子结构的研究。唐斯还为此与他人共享1964年诺贝尔物理学奖。微波激射仪是激光的前身，它是一种通过原子或分子的直接辐射而产生信号的微波仪器。唐斯的微波激射仪的原型使用氨分子，在哈佛做研究的兰姆赛及其同事于1960年发明了一种使用氢的微波激射仪，并制造出一台极高精度的原子钟。 1967年，由于原子钟的研究取得了丰富的成果，人们重新给秒下了定义，即按照铯原子的振荡频率来制定。今天的原子钟的精度可以达到每十万年误差不超过一秒。我国的主要标准时间就参考国家标准和技术学院(NIST-7)最近安装的原子钟。它的精度预计可以达到每三百万年误差不超过一秒。 几十年来，铯束钟、氢微波激射钟和铷钟这三种时钟在空间领域发挥着重要作用，要么是被安装在卫星上，要么是安装在地面控制系统里。GPS系统的卫星最终必须依赖这些和拉比六十年前所构想出的时钟相似的铯钟。 1993年也就是五角大楼构思GPS系统的20年后，随着第二十四颗卫星的升空，GPS系统终于成为一个实用的系统了。美国空军操纵着这些卫星，并从遍布全世界的五个地面站监视着它们。收集到的数据将送到位于科罗拉多的空军联合空间行动中心进行分析，该中心每天将这些最新数据传送回每颗卫星上，校正时钟及轨道数据。您可能关心的页面： 、 、 、
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广东省通信管理局，内容提要：钟慢现象的确存在，但钟慢不等于时慢，时间不会膨胀，也不会收缩。光速是可变的，光子有质量。世界是统一的，根据能量转化和守恒原理，可以由此及彼地根据已经处光速计算出待求处的光速。原子钟的时间与光速相关联，光快钟慢，光慢钟快，二者的乘积为一定值，即C1t1?C2t2。本文根据上述思想，对机载原子钟环球飞行实验和GPS钟慢效应进行了计算，与相对论相比，计算更简单，结果更正确。
关键词：钟慢效应 光速可变 能量转化和守恒原理 光快钟慢 光慢钟快 机载原子钟环球飞行实验 GPS
钟慢现象的确存在，这是不可否则认的事实。但钟慢不等于时慢，时间不会膨胀，也不会收缩。钟快钟慢是相对而言的，宇宙中既有钟慢现象，也有钟快现象，高空的钟比地面的钟快，日面上的钟却比地面的钟慢。研究大量实验资料后发现，原子钟走时数与光速相关联，光速快，表现为钟慢，光速慢，表现为钟快。二者有如下关系：C1t1?C2t2。须特别注意，此式中两个光速（C1、C2）所用的单位时间标准是统一的，而式中两个时间（t1、t2）是表观时间，所用的单位时间标准是不统一的，各自用了各自的标准。虽然从振动次数来说是相同的（如都以铯原子振动次为1秒），但从统一的时间来看，两处原子振动快慢并不相同，所以相同次数背后的时间并不相同。单位标准不同的时间不能直接进行比较，要比较两个时间的长短，必须先统一单位时间标准。举例来说，在地面上，光速C0?m/s，以铯原子振动次为标准的1秒，到了高空某处（如离地面10000m），光速变为Ck。根据能量守恒原理，由于光子势能增加，光速就要减小，因而可以推断CkC0。现代大量的实验表明，高空的原子钟比地面的原子钟快，又根据能量转化和守恒定律知，高空的光速比地面的光速慢，逻辑推理可知，光速慢，原子振动得快，在相同时间内振动次数就多，表观时间就大。在地面1秒时间内，在高空就不止振动次，若高空仍以铯原子振动次为1秒，则在地面1秒时间内高空原子钟表示出的时间不止1秒，也就是所谓的时间膨胀了。可以看出，并不是时间真的膨胀了，而是原子在不同环境中（体现在光速快慢上），原子振动快慢不同而导致的单位时间标准不同的缘故。光速的快慢由其所处的引力强度（引力加速度）及物体的运动速度共同决定。下面进行相关的计算，在计算中领略钟慢效应现象的实质。
例1，飞机搭载原子钟进行环球航行的实验是一个非常有名的实验，一直作为相对论的实验验证。实验是这样的：把四个在地面上调整同步的铯原子钟分别放在两架飞机上，两架飞机都在赤道附近高速飞行，一架向东，一架向西，在飞机绕地球一周后回到原地，结果发现向东飞行的飞机上的原子钟比静止在地面上的原子钟慢59纳秒(1纳秒＝10?9秒)，而向西飞行的飞机上的原子钟却比地面静止的原子钟快 273纳秒。据说去掉引力场产生的(广义相对论)效应后，理论值与实验结果在实验误差允许范围内。
该实验的数据不完整，飞机的飞行高度是多少？飞行的速度是多少？飞行的过程怎样？都没有详细的说明。至于计算方法和计算结果的来历，更是讳莫如深，或是含糊其辞。不过最后的结论是明确和一致的：实验结果与相对论钟慢效应预言值吻合。
下面按经典理论原理，以光速可变的观点来计算该实验的钟慢效应值：
设飞机的飞行高度为10000m，速度为250m/s，赤道地面的光速值为Cv?m/s。 ⑴计算地球不自转情形下赤道地面的光速Cj（以地球自转状态下单位时间为标准）： 经过深入研究，发现静系光速Cj、动系光速Cv和物体的运动速度Vd有如下关系：Cj2?Cv2?Vd2，公式中三个速度是统一的。无论是以静系（地球不自转）单位时间为标准，还是以动系的单位时间为标准，公式都是成立的。使用的单位时间标准不同，各个速度值因而不同，但并不改变三者之间的关系。在此例中，Vd和Cv都是在地球自转下的速度，也就是说它们的速度都是以地球自转下的单位时间为标准的，在这种情况下应用公式
若无特Cj2?Cv2?Vd2计算出的静系光速也是以地球自转状态下的单位时间为标准的光速。
别说明，下文中的所有速度都是以地球位于近日点、自转速度为Vd状态下赤道地面单位时间标准为标准的速度。
设地球位于近日点时地球自转速度为Vd赤道地面光速C0?m/s，地球自转速度Vd?464m/s。
根据公式Cj2?Cv2?Vd2计算得：
⑵计算10000m高空处光源静止的光速Ckj
根据机械能转化守恒定律得：Cj－22Gm2Gm2=Ckj－ r1r2
m：地球质量，m?5.kg，其中：Cj?m/s，
r1?6378000m,r2?(r1?10m，代入计算得：
G?6.67?10?11m3kg?1s?2，
Ckj?9314686m/s
⑶计算空中物体静止时发射的光速Ckj与飞机飞行速度合成后的光速：
a，向东飞行：飞机向东飞行的速度为V1?464?250?714m/s
根据同一层面上的光速合成公式，得：Ck1?Ckj?V1，代入数据解之得： 222
Ck1?016493m/s
b，向西飞行：飞机向西飞行的速度为V2?464?250?214m/s
飞机发射的光速为Ck2=Ckj?V2，代入数据解之得： 222
（4）计算钟慢的时间：
表观时间的长短与原子钟振动的快慢成反比，而振动的快慢又与该处的光速成正比，这样时间变化率可转化为光速变化率，设时间的变化率为k，则 K=C2?C1. C1
a，飞机向东飞行，机内原子钟时间变化率为： k=162?10-13
??9=?88.3?10 (秒) 250?3600
?9飞行以250m/s的速度沿赤道绕地球飞行一周，总计“钟慢”为： td??5.?3600×此种情形，飞机上的原子钟比地面的钟慢88.3?10(秒).
b，飞机向西飞行，机内原子钟时间变化率为： k=?.-12
?=326.1×10?9(秒)。 250?3600飞行以250m/s的速度沿赤道绕地球飞行一周，总计“钟慢”为： tx?2.?12?3600×
此种情形，飞机上的原子钟比地面的快326.1×10?9(秒)。
计算表明：向西飞行的飞机上的原子钟比向东飞行的飞机上的原子钟走得快，这与实验实际结果在大方向上是吻合的。但计算数值与实际数值并不十分吻合，这并不能说明什么问题，因为用于计算的数据是假设的，也就是个大概情形，与实际情况是有出入的。这是一个非常好的对比实验，如果严格精确各项实验条件，理论计算值与实验结果一定能够做到丝毫不差，完全吻合。
相对地面而言，飞机向东向西飞行的速度一样，飞行的高度一样，按相对论的观点，两
方向机载原子钟相对地面应该有相同的钟慢效应，而实际结果也是向东的钟慢了，向西的钟快了，这是正统的相对论无论如何也不能合理解释的。至于有人歪曲性地作出解释，那已经不是正统的相对论了，另当别论。该实验已经充分说明相对论不是一个正确的理论，更不应该把它作为相对论的实验验证。
例2，GPS星地对钟的计算：GPS卫星上的原子钟必须与地面上的原卫钟同步，如果不能做到同步，没有一个共同的起始计算标准，就无法计算信号传播的时间长短，GPS就不能应用。要对钟，就要知道星地两处原子钟的计时标准和两处之间信号传播的时间变化规律。
卫星不同于地、月、日等大质量天体，它的质量太小，自身引力场太微弱，对光线速度几乎不造成影响，卫星的运动速度是影响其发射光线的速度的主要因素。
GPS卫星离地面的高度为20200km，根据这个高度可计算GPS卫星的绕行速度Vk=GM=3873m/s。我们暂先不考虑平动速度，只考虑GPS卫星在地球引力场中的位能r2
变化对光线速度带来的影响，即计算一个光子从地球静止状态垂直发射到高空20200km处静止时的光速。 根据机械能转化守恒公式得：Cj?22GM2GM ?Ckj2?r1r2
Cj：地球停止自转后发射的光速，在上面我们推出了它的计算公式：
Cj2?C02?Vd2
C0：地面现在的光速m/s，Vd：地球赤道自转速度464m/s。
卫星在轨道上不是静止不动的，而是围绕地球转动，则其上发射的光速为：
Ckj2?Ckv2?Vk2（Ckv：卫星以Vk运动时发射的光速）
将Cj?C0?Vd、Ckj?Ckv?Vk和Vk=222222GM代入公式： r2
Cj2?2GM2GM中得： ?Ckj2?r1r2
2C0?Vd?22GMGM2GM2 ?Ckv??r1r2r2
r1：地球半径，6371000m；r2：卫星到地心的距离：00m。