Sunday, April 4, 2010

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனும் ஆயா சுட்ட வடையும்

ஆல்பர்ட் ஐன்ஸ்டீனோட தியரி எல்லாம் ரொம்ப பிரபலமா இருக்கே, இதெல்லாம் நடைமுறைல எங்க தான் பயன்படுத்தறாங்கன்னு ரெம்ப நாளா யோசிச்சிட்டு இருந்தேன். சமீபத்தில தான் தினசரி நான் பயன் படுத்திட்டு இருந்த ஜிபிஸ் (GPS – Global Positioning System) அப்படிங்கற சமாச்சாரமே ஐன்ஸ்டீனோட தியரி ஆஃப் ரிலேடிவிடி வைச்சு தான் இயங்குதுன்னு படிச்சேன். எப்படின்னு புரிஞ்சுக்க முயற்சி பண்ணியதோட விளைவு தான் இந்தப் பதிவு.

ஜிபிஸ் என்றவுடனே ஞாபகத்திற்கு வருவது நவீன வழிகாட்டிகளான Garmin, TomTom தான். இதெல்லாம் செயற்கை கோள் சிக்னலை வைச்சு நமக்கு வழிகாட்டுதுன்னு நமக்கே கிட்டத் தட்ட தெரியும். இதுல ரூட் மேப் காமிக்கறது, வழி சொல்றதெல்லாம், கம்ப்யூட்டர்காரங்க பாஷைல சொல்லனும்னா, வெறும் client side application. அப்போ செயற்கை கோள்ல இருந்து வேற என்ன தான் வருது ?


ஜிபிஸ் அப்படிங்கற சிஸ்டத்தில மூணு பகுதி இருக்கு

1. செயற்கை கோள்கள் (satellites)

2. தரைக் கட்டுப்பாடு செயலகங்கள் (Ground Control Centres)

3. ஜிபிஸ் சிக்னல் ரிஸீவர்(GPS Receivers)



ஆக, நம்ம கார்மின், டாம்டாம் எல்லாம் இதுல மூணாவது ஐட்டமான, ஜிபிஸ் ரிஸீவர் (GPS Receiver) வகையறால சேரும். ஜிபிஸ் ரிஸீவர், கொஞ்சம் அதி நவீனமான ட்ரான்ஸிஸ்டர் ரேடியோ மாதிரி. ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட ஜிபிஸ் செயற்கை கோள்கள் அனுப்பற ரேடியோ அலைகளை ஒரு குறிப்பிட்ட அலைவரிசைல உள்வாங்கறது தான் இதோட முக்கியமான வேலை. நாலு செயற்கை கோள்களோட சிக்னலை நம்ம ரிஸீவர் பிக்கப் பண்ணினாலே நாம இருக்கற இடத்தைக் கச்சிதமா கணிக்க(calculate) முடியும். அப்படி, இந்த ரேடியோ அலைகள்ல என்ன தகவல் வருது? , , இ அப்படின்னு பல தகவல்கள் வந்தாலும், நாம் இருக்கற இடத்தை கண்டு பிடிக்க நம்ம ஜிபிஸ் கருவி எதிர்பாக்கறது, செயற்கை கோளோட இடம் (position x,y,z) மற்றும் நேரம் தான்.


நேரம்னா, அந்த ஜிபிஸ் சிக்னல் செயற்கை கோள்ல இருந்து அனுப்பப் பட்ட நேரம். இதை T1 அப்படின்னு வைச்சிக்கொவோம். இந்த நேரத்தை கச்சிதமா அனுப்ப ஒவ்வொரு ஜிபிஸ் செயற்கை கோள்லயும் ஒரு அணு கடிகாரம் (atomic clock) இருக்கு. அடுத்து இந்த சிக்னல் நமக்கு வந்து சேந்த நேரத்தை T2 அப்படின்னு வைச்சிக்குவோம். இந்த நேரத்தை கண்டு பிடிக்க நம்ம ஜிபிஸ் கருவில ஒரு crystal quartz கடிகாரம் இருக்கு. இப்போ இந்த சிக்னல் நமக்கு வந்து சேர ஆன மொத்த நேரம் (T2 – T1).


இந்த சிக்னல் ஒளி வேகத்தில (speed of light – C ) பயணப் படுறதால, இந்த செயற்கை கோளுக்கும் நமக்கும் உள்ள தூரம் (T2-T1) * C. இது சின்ன வயசில படிச்ச, speed (or) velocity = distance traveled/time taken ஃபார்முலாவை உல்டா பண்ணினது தான். சரி, எதுக்கு செயற்கை கோள்ல அணு கடிகாரம் எல்லாம் வைக்கனும்? ஒரு டைமெக்ஸ் (timex) கடிகாரம் வைச்சா பத்தாதா? பத்தவே பத்தாது. நாம இந்த நேரத்தை பெருக்கற (multiply) இன்னொரு ஐட்டம் ஒளியோட வேகம், அதாவது வினாடிக்கு 299 792 458 மீட்டர். நேரத்தை நேனோ செகண்ட்ல மிஸ் பண்ணினா, நம்ம ஜிபிஸ் எல்லாம் சென்னையை விட்டு வெளிய வந்தவுடனே ‘பாகிஸ்தான் உங்களை வரவேற்கிறது’ங்கற ரேஞ்சுக்கு தப்பு தப்பா வழி காமிக்கும். அதுக்கு தான் அணு கடிகாரம்.

இப்போ நமக்கும் ஒரு செயற்கை கோளுக்கும் உள்ள தூரம் என்னன்னு தெரிஞ்சிடுச்சு. இதை D1 அப்படின்னு வைச்சிக்கலாம். இதே போல மத்த இரண்டு செயற்கை கோள்ல இருந்து நம்ம தூரத்தை D2, D3 அப்படின்னு வைச்சிகிடுவோம். கணிதத்தில இருக்கற trilateration லாஜிக்கை பயன் படுத்தினா, நாம இருக்கற இடத்தோட co-ordinates & elevation கண்டுபிடிச்சிடலாம். இது காருக்கு ஆயில் சேஞ்ச் பண்றத விட சுலபம் தான்.

நாம கஷ்டப் பட்டு(!) கண்டு பிடிச்ச D1, D2, D3 அப்படிங்கற அளவுகளை radius'a வைச்சு sphere வரைஞ்சிக்கங்க. நல்லா கவனிக்கனும். இது 2D வட்டம் கிடையாது. 3D sphere. இந்த sphere எல்லாம் எங்க intersect ஆகுதோ, அங்க தான் நாம எங்கேயோ நின்னுகிட்டு இருக்கோம். இது நடப்புல உள்ள பல பிரச்சனைகளை (மேக மூட்டம், மிஸ் டைமிங்) எல்லாம் கண்டுக்காம, எளிமையாக்கப்பட்ட விளக்கம். மேட்டர் அவ்வளவு தான். அட, இவ்வளவு தானா. இதுக்கு எதுக்கு போய் ஐன்ஸ்டீன் அப்படின்னு நினைச்சீங்களா? அங்க தான் நிக்கறாரு நம்ம ஐன்ஸ்.


இப்போ நமக்கும் செயற்கை கோளுக்கும் இடையில உள்ள தூரத்தை கச்சிதமா கண்டு பிடிக்க முக்கியமான விஷயம், நேரம். செயற்கை கோள்ல இருந்து சிக்னல கிளம்பின நேரம் மற்றும், நமக்கு வந்து சேந்த நேரம். இந்த நேரம் பிசகாம இருக்க தேவை ரெண்டு நுணுக்கமான கடிகாரங்கள். இதில, ஒரு கடிகாரம் நம்ம கையில இருக்கற ஜிபிஸ் கருவில இருக்கு. இன்னொன்னு எங்கே? அதாண்ணே, மேல அந்த செயற்கை கோள்ல இருக்கு. இப்போ ஒரு கடிகாரம், நம்ம கையில இருக்கறதுக்கும், 20000 அடிக்கு மேல இருக்கற செயற்கை கோள்ல இருக்கறதுக்க்கும் வித்தியாசம் இருக்கா? இருக்குன்னு சொல்றது தான் ஐன்ஸ்டீனோட ஸ்பெஷல் தியரி ஆஃப் ரிலேடிவிடி. நேரம் ஒரு நாளுக்கு 7 μsகம்மியா இருக்கும்னு சொல்றாரு.


ஸ்பெஷல்னு ஒன்னு இருந்தா, அப்ப சாதா’ன்னு ஒன்னு இருக்கனும்ல. ஐன்ஸ்டீனோட சாதா (ஜெனரல்) தியரி ஆஃப் ரிலேடிவிடி படி, புவி ஈர்ப்பு விசையைப் பொறுத்து டைம் மாறும் அப்படிங்கறாரு. பூமியில இருக்கற ஒரு கடிகாரத்தை விட வான்வெளில இருக்கற கடிகாரம் ஒரு நாளுக்கு 45.9 μs வேகமா இருக்குங்கறாரு. கூட்டி கழிச்சு பாத்தா (45-7), மொத்தம் 38 மைக்ரோ செகண்ட் வருது. நமக்கு நேரமே சரியில்லைன்னு நினைக்கிறீங்களா. கவலைப் படாதீங்க.


இப்போ நாம செயற்கை கோள்ல இருந்து வர்ற நேரத்தை கணக்கிடும் போது, அது ரொம்ப உயரத்தில இருக்கறதால ஸ்பெசல் தியரியும், புவியீர்ப்பு விசை கம்மியா இருக்கறதால சாதா தியரியும் உபயோகப்படுத்தி, நேரத்தைக் ஒரு 38 மைக்ரோ செகண்ட் அட்ஜெஸ்ட் பண்ணிகிட்டா, மேல இருக்கற சப்பை ஃபார்முலா வைச்சு நாம பூமியில எங்கே இருக்கோங்கிற தகவலை ஒரு ஜிபிஸ் கருவி மூலமா கண்டுபிடிச்சிடலாம். நடப்புல என்ன பண்றாங்கன்னா, செயற்கை கோள்ல கடிகாரத்தை வைக்கும் போதே அதோட frequency'a 10.23 MHz அப்படின்னு வைக்காம 10.22999999543 MHz அப்படின்னு வைச்சு விடறாங்க.

இந்த ஸ்பெஷல், சாதா தியரி எல்லாம் ஐன்ஸ்டீன் சும்மா பேடண்ட் ஆஃபிஸ்ல ஓபி அடிச்சிட்டு இருந்தப்போ வெறும் சிந்தனைப் பரிசோதனையா (thought experiment) அடிச்சி விட்டது. இதை உண்மையா 1960’ல தான் பரிசோதிச்சு பாத்திருக்காங்க. ஜிபிஸ் பத்தின ஒரு சுருக்கமான வரலாறு

* 1956’ல ஃப்ரைட்வார்ட் விண்டர்பர்க் அப்படிங்கறவரு, இந்த ஐன்ஸ்டீனோட ரிலேடிவிட்டி தியரி எல்லாம் சும்மா தானே இருக்கு, இதை வைச்சு செயற்கை கோள்கள்ல (satellites) ஒரு அணு கடிகாரத்தை (atomic clock) வைச்சிட்டா என்ன அப்படின்னு யோசிச்சு இருக்காரு.

* 1957 – ரஷ்யா ஸ்புட்னிக் (Sputnik) என்கிற ஒரு சின்ன ரேடியோ ட்ரான்ஸ்மீட்டரை விண்ணுக்கு அனுப்பி, அமெரிக்கால பீதியை கெளப்பி விட்டாங்க.

* 1974 – அமெரிக்க கடற்படையோட Timation ப்ராஜெக்டோட மூணாவது செயற்கை கோள்ல,

ஒரு அணு கடிகாரத்தை முதல் முதல்ல அனுப்பி, ஐன்ஸ்டீனோட ரிலேடிவிடி தியரியை டெஸ்ட் பண்ணியிருக்காங்க. இதில இருந்தது வெறும் ஐஞ்சு செயற்கை கோள்கள் தான். ஆனா, இன்னைக்கு நாம பயன்படுத்தற GPS’க்கு மொத்தம் 24 செயற்கை கோள்கள் தேவை.

* 1973 – பெண்டகன்’ ல (Pentagon) நடந்த ஒரு கூட்டத்தில முடிவு பண்ணின DNSS (Defence Navigation Satellite System) தான் ஜிபிஸ்’கு முன்னோடி. கொஞ்ச நாள் கழிச்சு இந்த ப்ராஜெட்டுக்கு Navstar-GPS அப்படின்னு பேர் மாத்திட்டாங்க, சுருக்கமா GPS. இந்த Navstar பேரை கண்டிப்பா கேள்விப்பட்டுருப்பீங்க. இல்லனா, கூகுள் மேப்பை கொஞ்சம் நல்லாப் பாருங்க.

* 1983’ல வழி தவறி ரஷ்ய எல்லைக்குள்ள நுழைஞ்ச ஒரு கொரிய பயணிகள் விமானத்தை ரஷ்யா சந்தேகத்தில போட்டுத் தள்ள, 269 பேரும் காலி. அப்போதைய அமெரிக்க அதிபர் ரீகன், நாங்க GPS’னு ஒரு டெக்னாலஜி கொண்டு வரப் போறோம். அதை எல்லாரும் ஒழுங்கா பயன் படுத்திங்கன்னு உலகப் பொது மக்களுக்காக எடுத்து விட்டாரு.

* 1989’ல ஜிபிஸ்ஸோட முதல் செயற்கை கோள்.

* 1994’ல ஜிபிஸ்ஸோட 24வது செயற்கை கோள்

* 1995 – NAVSTAR முழுமையா செயல்பட ஆரம்பிச்சாச்சு

இந்த ஜிபிஸ் செயற்கை கோள்கள்ல பூமியில நடத்தற அணு ஆயுத சோதனைகளை கண்டு பிடிக்கக் கூடிய சென்சார் கூட இருக்கு. உலக அளவில எல்லாரும் இலவசமா பயன் படுத்தலாம்னாலும், ஜிபிஸ் (GPS) அப்படிங்கறது அமெரிக்க இராணுவத்தோட செயற்கை கோள்கள் தான். இந்த positioning information எல்லாம் அட்ரஸ் கண்டுபிடிக்கறத விட, ICBM (Inter Continental Ballistic Missile) விடறதுக்கும், முக்கியமா அணு ஆயுதங்களை கச்சிதமா ஏவுறதுக்கும் தேவை. அதனால ஐரோப்பா (Galileo), சீனா (Beidou/COMPASS), ரஷ்யா (GLONASS) எல்லாம் அவங்களுக்கு தேவையான மாதிரி ப்ராஜெக்ட் பண்றாங்க.

இந்தியாவும் IRNSS(Indian Regional Navigational Satellite System) அப்படின்னு ஒரு நேவிகேஷன் சிஸ்டம் டெவலப் பண்ணுது. ஆனா இது உலக அளவிலான global navigation system கிடையாது. ஆசியா மற்றும் இந்தியப் பெருங்கடல் பகுதிகளை மட்டும் கவர் பண்ற மாதிரியான Regional Navigation System. உலக அளவில positioning system தனியா பண்ணாம, இந்திய ரஷ்யாவோட GLONASS சிஸ்டத்தில பார்ட்னராயிடிச்சு.

மூலம்: http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System


4 comments:

  1. இது போன்ற ஒரு அறிவியல் ஆக்கத்தை இங்கு, அதாவது இந்த தமிழ் ப்ளாகரில்
    சத்தியமாக எதிபார்த்ததில்லை. தமிழில் ஒரு சிலர் அபூர்வமாக எழுதுவதும் உண்டுதான்.
    மிகத்தெளிவாக,சுலபமாக விளக்கியுள்ளீர்கள். இது போன்ற ஆக்கங்களுக்கு பினால் வந்து பின்னூட்டம் இடுவதும்,
    அதனை படிப்பவர்களும் இங்கு மிகக்குறைவு.(இதுதான் தமிழ் பிளாக்கின் சிறப்பும் கூட!!)
    பளபளக்கும் ஜிகினா பேப்பர் குப்பைகளுக்கு நடுவே ஒரு வைர கள் பதித்த தங்க மோதிரம்.
    பகிர்வுக்கு நன்றி, தொடருங்கள் தோழரே

    ReplyDelete
  2. பயனுள்ள தகவல் !!
    தொடர்ந்து எழுதுங்கள்>>>>>>>>

    ReplyDelete
  3. இப்டியெல்லாம் எங்க சைன்ஸ் வாத்தியார் சொல்லிக்கொடுத்துருந்தா நான் ஏன் பார்டர் மார்க் வாங்கறேன்..?! :)

    ReplyDelete