Aplicaciones de la Teoría de la Relatividad a los sistemas GPS

 Aplicaciones de la Teoría de la Relatividad a los sistemas GPS

A pesar de que la teoría de la Relatividad, al igual que muchos otros postulados e investigaciones en el campo de las ciencias fundamentales, no buscaba un fin práctico o mejorar la sociedad a través de avances tecnológicos. En cambio, fue el resultado de un intento de expandir nuestro conocimiento acerca del universo y la realidad misma.

En ese aspecto, la Teoría de la Relatividad, tanto en su forma especial como general, ha tenido grandes contribuciones en campos de estudio derivados de la astronomía, tales como la cosmología y la astrofísica.

Sin embargo, existen una aplicación práctica en la tecnología la cual nos es muy familiar. Hablamos de su aplicación al sistema de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés),el cual quedaría obsoleto en cuestión de horas si no tomamos en cuenta los fundamentos desarrollados por Einstein en sus postulados.

Para el funcionamiento del GPS se hace uso de una red de más de 24 satélites los cuales operan cada uno con un reloj atómico de precisión de 1 nanosegundo. Luego, se usan distintos métodos que determinan posiciones para lo cuál es necesario conocer los tics de dichos relojes con una precisión de 20 a 30 nanosegundos. No obstante, el movimiento de los satélites respecto a los observadores terrestres trae consigo la aparición de efectos relativistas, los cuáles han de ser previstos y calculados usando las fórmulas y marco teórico desarrollados en las Teorías de Relatividad Especial y General.

Primero está el hecho de que, al estar los satélites en movimiento relativo respecto de los observadores terrestres y entre sí mismos, sus relojes atómicos según la Relatividad Especial van a experimentar un retraso debido al efecto de dilatación temporal.

Otro aspecto importante, es que los satélites se encuentran en zonas alejadas de la superficie terrestre, donde la curvatura del espacio tiempo es mucho menor que al estar cerca de ella. Así, la Relatividad General predice que los relojes más cercanos a un objeto de gran masa funcionan más lento que los que están más lejos y de esta manera, al verse desde la Tierra, los relojes en los satélites parecen funcionar más rápido que los que tenemos aquí en la superficie.

Finalmente, teniendo en cuenta ambos los efectos de la Relatividad Especial y General, se llega a la conclusión de que los relojes en los satélites marcan los intervalos de tiempo más rápido que los relojes de la superficie terrestre.

Referencias:

Villegas, F. (2020). Relatividad y el sistema de posicionamiento global (GPS). Revista de 

Investigación de Física, 23(1), 44-47.

https://revistasinvestigacion.unmsm.edu.pe/index.php/fisica/article/view/20289/16639