امروزه بحث های زیادی وجود دارد که ماهواره های موقعیت یابی جهانی جی پی اس (GPS)، نسبیت خاص و عام را اثبات میکند. ادعا می شود که GPS بر اساس چرخش زمین به دور خود و به دور خورشید برنامه ریزی میشود.
اما حقیقت این است که نسبیت خاص و عام توسط GPS نقض می شوند و GPS از زمین غیر متحرک به عنوان مبنای محاسبات ریاضی استفاده میکند و این باعث می شود GPS به درستی کار می کند.
سیستم GPS کیلومتر ها بالاتر از زمین است. وقتی یک سیگنال الکترومغناطیسی از ایستگاه زمینی به GPS ارسال می شود ، رسیدن به سیگنال بر اساس سرعت زمینی نور با سرعت 186000 مایل در ثانیه ، حدود 0.080 ثانیه طول می کشد.
برای نگه داشتن GPS حداقل در فاصله یک متری از مکان تعیین شده روی زمین ، ساعت GPS باید دقیق ا تا 4 نانو ثانیه باشد که به نسبت پایداری زمانی به ترتیب 
نیاز دارد و بنابراین برای این منظور از ساعتهای اتمی استفاده می شود (به عنوان مثال ، ساعتهای سزیم).
با این وجود، GPS به بارگزاری های مکرر “اصلاحات ساعت” نیاز دارد تا همه چیز همزمان باشد. حتی هنگام انجام تنظیمات برای اثر داپلر و ردشیفت گرانشی ، باز هم یک حاشیه خطا باقی می ماند. اگر این عوامل در نظر گرفته نشوند ، مشکلات جبران ناپذیری رخ میدهد.
جالب تر این واقعیت است که از آنجا که کل سیستم GPS به دور زمین می چرخد ، سیگنال های ارسالی از زمین یا به یک ماهواره GPS نزدیک می شوند یا در حال دور شدن از آن هستند. به این ترتیب ، پرتوهای مایکروویو ارسال شده به ماهواره GPS در حال نزدیک شدن 0 نانو ثانیه زمان کمتری نسبت به پرتوهای ارسال شده به ماهواره در حال دور شدن دارند.
اختلاف 50 نانو ثانیه در برنامه های رایانه ای GPS تعبیه شده است زیرا هر ماهواره باید بدون استثنا ، اثر سایناک را در نظر بگیرد (به عنوان مثال ، اینكه امواج الكترومغناطیسی در یك دستگاه متحرك در صورت ارسال در جهات مخالف ، در همان زمان مسافت را طی نمیكنند) تا GPS بتواند زمان دقیق خود را حفظ کند و مختصات مناسب را روی زمین تعیین کند.
اثر سایناک را در مطالب قبلی با جزئیات کافی توضیح دادیم.
اما کافی است بگوییم در حال حاضر نشان می دهد که پرتوهای الکترومغناطیسی که در جهت مخالف حرکت می کنند با همان سرعت حرکت نخواهند کرد.
مهندسان GPS این واقعیت را قبول دارند. همانطور که یکی از آن ها اظهار می کند:
یکی از گیج کننده ترین تأثیرات نسبی گرایی – اثر سایناک است – که در چارچوب های مرجع چرخان ظاهر می شود. اثر سایناک اساس ژیروسکوپهای لیزری حلقه ای است که امروزه معمولا در ناوبری هواپیما استفاده می شود. در GPS، اثر سایناک می تواند ناسازگاری بالغ بر صدها نانو ثانیه ایجاد کند.
Neil Ashby, “Relativity and the Global Positioning System,” Physics Today, May 2002, p. 5
اثر سایناک به ویژه هنگامی اهمیت دارد که از سیگنال های GPS برای مقایسه زمان ساعت های سزیم مرجع اولیه در آزمایشگاه های استاندارد ملی، دور از یکدیگر استفاده شود … برای محاسبه حرکت روزانه هر گیرنده در طول انتشار سیگنال ، اصلاح سایناک مورد نیاز است. در واقع ، می توان از GPS برای مشاهده اثر سایناک استفاده کرد.
Neil Ashby, “Relativity and the Global Positioning System,” Physics Today, May 2002, p.6
در بند دیگری ، تکنسین ، نیل اشبی ، دلیل وقوع اثر سایناک را توضیح می دهد:
… این برخی از مشکلات مفهومی ظریف را ایجاد می کند که باید با دقت مرتب شوند. به سرعت نور( را نمی توان در یک قاب مرجع چرخان اعمال کرد ( c عنوان مثال ، اصل ثبات ، جایی که مسیرهای پرتو نور مستقیم نیستند.
Neil Ashby, “Relativity and the Global Positioning System,” Physics Today, May 2002, p. 5
همانطور که وی در بند زیر بیان می کند، GPS نمایانگر نسبیت خاص یا عام است:
زمان مختصات نسبی عمیقا در GPS جاسازی شده است. میلیون ها گیرنده نرم افزاری دارند که اصلاحات نسبی را اعمال می کند. ساعتهای GPS در حال چرخش برای تحقق دقیقتر زمان هماهنگ اصلاح شده اند. کاربران عادی GPS، از آنجا که ممکن است نیازی به آگاهی از آن نداشته باشند ، به برداشت انیشتین از مکان و زمان وابسته شده اند.
یکی دیگر از نویسندگان محبوب نسبیت اینگونه بیان می کند:
GPS با تنظیم الکترونیکی نرخ ساعتهای ماهواره ای و ایجاد اصلاحات ریاضی در تراشه های رایانه که برای مکان کاربر حل می کنند ، نسبیت را در نظر می گیرد. بدون استفاده از نسبیت بطور مناسب، GPS در حدود 2 دقیقه در عملکردهای ناوبری خود شکست میخورد.
Clifford M. Will, “Einstein’s Relativity and Everyday Life,” http://www. physicscentral.com/explore/writers /will.cfm. See also Scientific American, Philip Yam’s article titled “Everyday Einstein,” September 2004, p. 54
اشبی ادامه میدهد:
به نظر نمی رسد که نور در تمام جهات در خطوط مستقیم با سرعت c، در چارچوب مرجع چرخنده ، حرکت کند. چارچوب یک چارچوب اینرسی نیست ، بنابراین اصل ثابت بودن سرعت نور دقیق ا اعمال نمی شود. در عوض ، سیگنال های الکترومغناطیسی که مسیر مسدودی را طی می کنند زمان متفاوتی برای تکمیل مدار نیاز دارند.
“Relativity and GPS,” Part I, Galilean Electrodynamics, 6, 3, 1995.
بیشتر این رویکرد انتخابی در برخورد با مکانیک GPS احتمالا مورد توجه عموم قرار نخواهد گرفت به جز این واقعیت که دیر یا زود باید به ناهنجاری های آن در زندگی روزمره رسیدگی شود. به عنوان مثال ، کشاورزان از GPS برای راهنمایی تراکتورهای خود در مزارع استفاده می کنند. کشاورزان شرکت هایی را استخدام می کنند که در نوشتن برنامه های رایانه ای برای تراکتورهای خود که با سیستم GPS هماهنگ هستند ، تخصص دارند. یکی از این شرکت ها NavCom Technology Inc در کالیفرنیا است.
طبق گفته فیزیکدان برجسته آن ، رونالد هچ ، بدیهی است که برخورد اشبی با اثر سایناک مغالطانه است. او می نویسد:
در واقع ، چرخش فقط به طور اتفاقی با اثر سایناک درگیر می شود. اثر سایناک نتیجه یک سرعت غیر ایزوتروپیک نور است و هر زمان که یک ناظر یا ابزار اندازه گیری با توجه به قاب انتخاب شده به عنوان قاب سرعت نور ایزوتروپیک حرکت می کند ، بوجود می آید. و اینجاست که اثر سایناک با نسبیت خاص به مشکل می خورد. نسبیت خاص با فرض و تعریف همگام سازی زمان ایجاب می کند که سرعت نور نسبت به ناظر همیشه ایزوتروپیک باشد و این همان جایی است که نسبیت خاص اشتباه می شود – اثر سایناک این خطا را نشان می دهد.
“Relativity and GPS,” Part I, Galilean Electrodynamics, 6, 3, 1995.
نسبیت خاص (SRT) ادعا می کند اثر سایناک به دلیل چرخش است. از آنجا که چرخش نسبی نیست ، اثر سایناک می تواند به دلیل سرعت نور غیر ایزوتروپیک (یعنی سرعت نور متغیر) باشد و همچنان با نسبیت خاص سازگار باشد. از اثر حرکت گیرنده در طول زمان عبور سیگنال GPS در سیستم GPS به عنوان اثر یک طرفه سایناک یاد می شود. با این حال، به هیچ وجه مشهود نیست که اثر سایناک به دلیل چرخش است … اثر سایناک نه تنها در حرکت دایره ای ، بلکه در حرکت انتقالی نیز وجود دارد.
Ruyong Wang and Ronald R. Hatch, Conducting a Crucial Experiment of the Constancy of the Speed of Light Using GPS, ION GPS 58th Annual Meeting / CIGTF 21st Guidance Test Symposium, 2002, p. 500
این مشاهدات ادعای Ives مبنی بر اینکه اثر سایناک در اثر چرخش ایجاد نمی شود را تأیید می کند. او نشان داد که می توان بدون چرخش یا شتاب اثر را ایجاد کرد.
Relativity and GPS,” Part I, Galilean Electrodynamics, 6, 3, 1995.
به عبارت دیگر ، هنگامی که چرخش درگیر است ، از آنجا که اثر سایناک به چرخش بستگی ندارد ، نسبیت خاص از حفظ اصل اساسی خود (یعنی ثابت بودن سرعت نور) مستثنی نیست.
این یک مورد واضح از تلاش مهندسان GPS برای دیوار کشیدن مقابل چشم مردم است.
هچ در ادامه می گوید:
“ما حتی داده های قانع کننده تری نیز داریم که ادعای اشبی نادرست است. NavCom Technology، Inc نرم افزار مجوز یافته توسط آزمایشگاه پیشرانش جت (JPL) را صادر کرده است که به دلایل تاریخی ، کل محاسبات را در قاب ECI انجام می دهد. به دلیل برخی اختلافات بین نتایج استاندارد زمین مرکزی – زمین ثابت و نتایج JPL، ما با دقت پارامترهای ورودی به راه حل را بررسی کردیم. دامنه های اندازه گیری شده و نظری محاسبه شده در دو چارچوب مختلف دقیق ا با هم توافق داشتند و این نشان می دهد که اصلاح سایناک در هر چارچوب اعمال شده است.
“Relativity and GPS,” Part I, Galilean Electrodynamics, 6, 3, 1995. 3- Ibid.,
به عبارت دیگر ، تکنسین های JPL برای جبران کردن سرعت نوری که بین ماهواره های پیشرو و عقب رو در سیستم GPS متفاوت است ، رایانه های GPS را با اثر سایناک از قبل برنامه ریزی می کنند.
همانطور که بحث در مورد اثر سایناک نشان می دهد ، سوال اساسی در مورد سرعت نور به شرح زیر است:
آیا سرعت نور نسبت به ناظر (گیرنده) ثابت است یا نسبت به چارچوب انتخابی اینرسی ECI ثابت است؟
به طور واضح معادله محدوده GPS نشان می دهد که سرعت نور نسبت به چارچوب انتخاب شده ثابت است … معادلات JPL که برای ردیابی سیگنال های کاوشگرهای فضایی بین سیاره ای استفاده می شوند ، تأیید می کنند که سرعت نور با توجه به چارچوب انتخاب شده است. در معادلات JPL، چارچوب انتخاب شده ، منظومه شمسی است.
واضح است که معادلات JPL با سرعت نور نسبت به فریم ثابت هستند – نه با توجه به گیرنده ها.
Ibid., p. 500
به عبارت دیگر ، برخلاف ادعای نسبیت خاص، سرعت نور نسبت به همه ناظران ثابت نیست. سرعت نور c نیست بلکه
c + v
یا
c – v
است ، و این توضیح می دهد که چرا به ترتیب 50 نانو ثانیه از پرتوهای الکترومغناطیسی ارسال شده از ایستگاه های زمینی GPS به ماهواره های GPS عقب رو یا پیش رو تفاوت دارد. در پایان، GPS از نسبیت خاص پشتیبانی نمی کند.
طرفداران نظریه نسبیت همان فاکتور فاج را برای اثر سایناک به کار می گیرند که با اثر مایکلسون-مورلی – اصلاح ریاضی مفیدی که “دگرگونی لورنتس” نامیده می شود ، در اواخر 1800 اختراع شد تا اجازه دهد دانش مدرن فرار کند. شواهد نشان می دهد زمین در فضا بی حرکت بوده است. همانطور که هچ می نویسد:
بنابراین ، با کمک این فرضیه اضافی ، می توان شتاب درون نسبیت خاص را با تغییرات بی حد و حصر لورنتس متوالی (افزایش لورنتس) کنترل کرد. انجام تقویت های لحظه ای لورنتس بر اساس نسبیت خاص برای نگه داشتن سرعت ایزوتروپیک نور معتبر نیست. با توجه به آشکارساز فاز سایناک، اثر سایناک بر روی سیگنال های GPS در حال انتقال ثابت می کند که جادوی نسبیت خاص سرعت نور را نسبت به گیرنده متحرک ایزوتروپیک نگه نمی دارد.
Ibid., p. 500
بنابراین ، دلیل تفاوت 50 نانوثانیه ای بین ماهواره های در حال حرکت GPS چیست ، و چرا به عنوان مثال، ساعت های اتمی در ارتفاعات بالاتر سریعتر هستند؟
مایکلسون-مورلی در سال 1887 و جرج سایناک در سال 1913 در آزمایشات مستقل خود اثرات مشابهی را مشاهده کردند. اثرات آن وجود اتر بود.
وقتی امواج الکترومغناطیسی از طریق اتر حرکت می کنند ، فرقی نمیکند که چه به صورت چرخشی و چه به صورت خطی حرکت کنند ، تا حدی دچار ممانعت در حرکت (تاخیر) می شوند. در مورد GPS، این تفاوت 50 نانو ثانیه است. تئوری نسبیت سعی دارد تا با تغییر در ابعاد ، جرم ، فضا و زمان بین ماهواره های GPS، اختلاف 50 نانو ثانیه را جبران کند. اما اثر سایناک به سادگی از چنین دستکاری ای در طبیعت توسط نسبیت گرایان، جلوگیری می کند. دقیقا به این دلیل است که این ملزومات قابل تغییر نیستند که سیستم GPS قبل از راه اندازی با اثر سایناک از قبل برنامه ریزی شده است. در واقع ، ساعتهای متحرک کندتر کار می کنند ، فقط به این دلیل که مقاومت در برابر اتر را دارند ، نظریه نسبیت اتر را انکار می کند.
