상대성이론의 실생활 적용 예시 (GPS)

GPS가 정확한 이유가 아인슈타인 덕분이라는데 (상대성이론 실생활 적용)

GPS가 정확한 이유

요즘 지도를 들고 다니는 사람들이 없다. 그냥 폰을 켜서 네이버맵 or 카카오맵 등을 실행하면 GPS로 위치가 뚝딱 찍힌다.
근데 그게 알고 보니 상대성이론 덕보는 중이라는 말을 듣고 호기심이 생겨 검색을 하게 되었다.

만약 상대성이론 적용 안 했으면, GPS 위치가 많이 어긋났을 거다.
하루에 10km 이상 오차 생겼을 수도 있다고 한다. (그냥 서울에서 위치 찍었는데 인천에 있다고 나오는 수준임.)

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GPS가 무엇일까?

간단하게 말해서 위성에서 사용자의 위치를 계산해 주는 시스템이다.
지구 주변에 GPS 위성 24개 이상이 떠다닌다.
이 위성들이 사용자의 핸드폰이랑 신호를 주고받으면서 거리 계산해서
"나 지금 여기에 있음!" 이라고 찍어주는 거다.

이때 문제는 시간이다.
이 거리 계산할 때 신호가 날아가는 시간 단위로 거리 계산하는데

여기서 상대성이론이 개입한다.

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상대성이론이 왜 필요할까?

위성은 지구보다 높은 곳에서 엄청 빠르게 돌고 있다.

• 속도 빨라짐 → 특수상대성이론 적용됨 → 시간 느려짐
• 중력 약한 곳 → 일반상대성이론 적용됨 → 시간 빨라짐

즉, GPS 위성에서는 시간 흐름이 지구랑 다르다.
그걸 감안 안 하면 거리 계산이 아예 틀어진다.

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GPS와 상대성 이론

얼마나 차이 날까?

• 특수상대성이론 → 하루에 -7 마이크로초 느려짐
• 일반상대성이론 → 하루에 +45 마이크로초 빨라짐
• 최종 오차: +38 마이크로초/day

"야 마이크로초면 별로 안되잖아"
맞는데 문제는 이게 빛의 속도로 계산되는 시간이라서
이 정도 오차면 하루에 10km 이상 거리 오차가 발생한다.

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정리하자면

• GPS = 시간 계산의 예술
• 상대성이론 없으면 → GPS 위치 어긋남
• 아인슈타인 = 위치 정확도 지켜준 사람

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결론: 아인슈타인 없었으면 맨날 길을 잃었을 수도.

상대성이론 덕분에 GPS가 정확한 거고
그걸 매일매일 그냥 공짜로 쓰고 있는 거다.

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