El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) nos permite ubicarnos en tiempo real en prácticamente cualquier lugar del mundo. Nos lleva y nos trae a todos lados, pero, además de decirnos que el tiempo de llegada a nuestro destino es de media hora cuando son dos, tiene muchísimas otras aplicaciones. Algunas de ellas incluyen la navegación, el monitoreo de volcanes, la construcción de obras, e incluso tiene aportaciones para la investigación científica. Aunque no lo parezca, la física y, en específico, la relatividad, están detrás del GPS. Hablemos entonces de cómo funciona. En el proceso nos encontranmos con tres componentes, el primero de ellos está conformado por los satélites. Para ello, contamos con alrededor de 30 satélites orbitando la Tierra, además, dentro de estos podemos encontrar relojes muy precisos, que emiten señales a cierta frecuencia.
El segundo componente lo constituyen las estaciones terrestres, es también llamado segmento de control. Estas estaciones se encargan de monitorear los satélites con ayuda de herramientas como los radares. También observan el comportamiento de los relojes dentro de los satélites y, a partir de los datos obtenidos, definen una escala de tiempo para el GPS, basándose en un reloj atómico. El siguiente componente es el receptor, que recibe las señales de los satélites y nos permite saber con precisión la posición de los mismos. Además, es posible medir la distancia entre el receptor y varios satélites diferentes, de manera que se puede conocer también la posición del propio receptor.
Entonces, ¿en dónde entra la relatividad? Vamos a ello. En específico, en sistemas como estos que se mueven a una velocidad constante, consideramos la relatividad especial. Alrededor de la Tierra, los satélites se mueven a velocidades enormes. Cada uno de ellos tiene un su propia escala de tiempo, basada en el reloj atómico contenido en su interior; en este sentido, las señales que emiten y reciben están relacionadas con su propio tiempo. La velocidad entre el reloj del satélite y el reloj del emisor provoca un efecto de dilatación del tiempo, por lo que en comparación con los nuestros, sus relojes parecen atrasados.
Por otro lado, la orbita de la Tierra experimenta menor fuerza de gravedad que la superficie, por lo que los relojes en realidad avanzan más rápido que los nuestros. Para ello es importante realizar correcciones relativistas, en caso contrario, se acumularía un error de aproximadamente 11 km diarios. Estas correcciones se logran ajustando la frecuencia de cada uno de los satélites antes de su lanzamiento. Además, se aplican ecuaciones relativistas con el fin de ajustar de manera constante la sincronización de los relojes. Si no fuera por esas correcciones, el GPS sería muy impreciso y Google Maps se perdería mucho más de lo que ya lo hace. Así, la relatividad tiene un gran impacto en las formas de navegación actual.
Referencias:
How Does GPS Work? (s/f). Nasa.gov. Recuperado el 14 de marzo de 2025, de https://spaceplace.nasa.gov/gps/sp/
Huerta, E., Galles, C., Greco, A., & Mangiaterra, A. (2007). El GPS y la teoría de la relatividad. 21, 59–70. https://www.fceia.unr.edu.ar/gps/publicaciones/GPSyREL240407.pdf
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