GPS laat Einstein links liggen

by | apr 27, 2016 | Natuurkunde, Onderwijs

Het zit in je TomTom, maar ook in apparatuur die je gebruikt op wandel- en klimtochten: GPS. Deze plaatsbepalingsystemen zijn zo nauwkeurig dat ze in een bereik van enkele decimeters kunnen aangeven waar je je bevindt. Hoe? In elk geval niet door gebruik te maken van Einsteins relativiteitstheorieën. GPS luistert naar Newton.

navigation-1048294_1280

“Het opmerkelijke van GPS is dat het niet is ontworpen door gebruik te maken van Einsteins relativiteitstheorieën. Het is gebaseerd op de klassieke, vóór-Einsteinse mechanica van Newton.”

Een GPS-systeem werkt met behulp van een aantal satellieten. Het opmerkelijke van GPS is dat het niet is ontworpen door gebruik te maken van Einsteins relativiteitstheorieën. Het is gebaseerd op de klassieke, vóór-Einsteinse mechanica van Newton. Volgens veel academische wetenschappers zou zo’n systeem niet kunnen werken, omdat de satellieten die het GPS-signaal versturen niet altijd dezelfde snelheid hebben, en dus snelheidsvariaties en versnellingsvariaties vertonen. Volgens Einstein variëren in zo’n geval dan ook de kloksnelheden in die satellieten, waardoor ze zonder uiterst complexe wiskundige bewerkingen niet kunnen dienen voor hun doel, namelijk: het nauwkeurig bepalen van de coördinaten van een locatie op aarde.

Stapje terug

Ronald R. Hatch, voormalig president van het Institute of Navigation en huidig directeur van Navigation Systems Engineering van Navcom Technologies, is een specialist op GPS-gebied. Hij ontwierp diverse GPS-ontvangers, die onder andere in navigatiesystemen op aarde en in vliegtuigen worden gebruikt. Als het gaat over de vraag of de werking van het GPS-systeem Einsteins Speciale Relativiteitstheorie (SR) ondersteunt, komt hij tot tegengestelde conclusies. Hij stelt dat de waargenomen effecten van versnelling op de klokken van het GPS-systeem de voorspellingen van de SR tegenspreken. Uit de onderzoeken van Hatch blijkt dat versnellingen geen enkele invloed hebben op kloksnelheden. Uitsluitend de positie van de klok in het aardse zwaartekrachtveld is van invloed op de kloksnelheid. Hoe hoger de satelliet ronddraait, des te sneller loopt de klok, omdat op die hoogte de sterkte van het zwaartekrachtveld kleiner is. Daarom wordt op aarde vóór de lancering de kloksnelheid teruggezet; en wel zodanig dat die op werkhoogte precies goed loopt.

ZWAARDER IN DE LIFT?
In 1915 publiceerde Einstein zijn Algemene Relativiteitstheorie. Eén van de grondslagen is het zogenaamde equivalentie-principe: zwaartekracht is in ervaring niet te onderscheiden van een versnelling (of vertraging) van een massa. Eenvoudig voorbeeld: als je in een lift zit die omlaag gaat en afremt, voel je jezelf plotseling een beetje zwaarder worden, terwijl je dat in feite natuurlijk niet bent geworden.

Nieuwe theorie!

Ron Hatch heeft daarom een alternatief voorgesteld voor de Speciale en Algemene relativiteitstheorieën van Einstein. Hij noemt het de Modified Lorentz Ether Gauge Theory (MLET). Deze theorie is gebaseerd op de vergelijkingen van de Nederlander Hendrik Antoon Lorentz, professor in Leiden in de theoretische natuurkunde (1853-1928). Ook Einstein begon met Lorentz’ werk, maar paste dat zodanig aan dat er een totale relativiteit ontstond. Niets was meer absoluut, alles was slechts relatief ten opzichte van elkaar. Hatch gaat aanvankelijk mee met Einsteins Algemene Relativiteit, maar corrigeert vele astronomische eigenaardigheden, die de Algemene Relativiteitstheorie niet kan verklaren zonder reeksen ad-hoc aannames (zoals bijvoorbeeld de onregelmatige rotatie van sterrenstelsels en verschillende afwijkingen in planetaire omwentelingen). Hatch ontdekte dat de NASA-vergelijkingen voor interplanetaire navigatie zijn MLET-theorie volgen in plaats van Einsteins SR-theorie. Dankzij Hatch begint natuurkunde weer interessant te worden voor mensen die liever nadenken dan op consensus te vertrouwen en autoriteiten te volgen. Overigens is de opvatting van Hatch niet onweersproken. Er zijn fervente relativiteitsaanhangers, die beweren dat GPS juist volledig overeenstemt met de relativiteitstheorieën. Het verschil is dat zij theoretische beschouwingen houden, terwijl Hatch er in de praktijk mee werkt.

RELATIVITEITSTHEORIE
In 1905 publiceert Einstein zijn Speciale Relativiteitstheorie, die het probleem moet oplossen waarom er geen verschil in de snelheid van het licht optreedt als dat in twee tegengestelde richtingen wordt gemeten. Wat precies het probleem is? Heel simpel gezegd komt het hier op neer dat volgens Einstein klokken die een versnelling ondergaan, langzamer lopen dan klokken die eenparig bewegen. Ook stelt Einstein dat eenparig bewegende klokken langzamer lopen dan niet-bewegende klokken. In het kader van Einsteins theorie loop je met het oog op een GPS-systeem tegen een probleem aan. In het GPS-systeem, waarin satellieten versnellingen en vertragingen ondergaan, en die met een zekere snelheid hun baan om de aarde draaien, zouden complexe correcties moeten worden aangebracht om praktisch te kunnen werken. Het opmerkelijke is dat die correcties niet zijn aangebracht in GPS-systemen en toch werken ze perfect!

Dit artikel is met toestemming overgenomen uit Weet Magazine. De volledige bronvermelding luidt: Kiel, M.P., 2010, GPS laat Einstein links liggen. Nieuwe techniek grijpt terug op Newtons ‘oude’ mechanica, Weet 5: 30-31.

M
"

Artikelen

Artikelen