?在古代,中国的风水先生们首先发明了罗盘 。
罗盘后来传入了西方,恩格斯在《机器、自然力和科学的应用》一书中写道:“罗盘(指南针)打开了世界市场并建立了殖民地 。”
古代中国人的这项发明被西方人应用于大航海时代,对地理大发现以及资本主义兴起起到了推动作用 。
几百年过去了……
2018年11月,英国帝国理工学院研究人员和M Squared公司携手,研制出全球首款用于导航的量子加速度计,这款导航设备被称为“量子罗盘” 。它是不依赖全球定位卫星(GPS)的防干扰导航装置 。
这个由西方人发明的“量子罗盘”看起来在未来的导航产业中具有巨大的价值 。
这年头,只要与“量子”挂钩的技术都显得十分高大上,比如不久前还有人提出了“量子针灸”等概念 。但是,并不是所有的“量子技术”都是真正的科学 。
这款“量子罗盘”到底是不是真的高科技呢?它的基本原理是什么?未来的导航还需要用GPS吗?
三种不同的导航原理
导航设备一般可以分为三类:惯性导航、卫星导航与天文导航 。
惯性导航比较传统,一开始出现在第二次世界大战期间,那时候德国的导弹能从德国发射后很精确地飞到英国伦敦上空 。这主要就是因为导弹里安装有惯性导航的设备——那时候还没有卫星导航这个技术 。惯性导航的设备主要由加速度传感器与陀螺仪组成 。加速度传感器可以定出飞行器(导弹等)在空中相对于自身固连惯性参考系的加速度 。而陀螺仪则可以定出飞行器自身固连惯性参考系与地面参考系之间的变换矩阵 。
这种应用于导弹的惯性导航后来被用到飞机与潜艇等设备中 。但惯性导航很少用到汽车里,在全球定位系统建成之前,家用汽车是没有导航的,那时候的人开汽车去陌生地方很容易走错路 。
卫星导航主要依靠天上的人造地球卫星给地面上的运动物体导航 。最著名的卫星导航系统有美国的全球定位系统与中国的北斗系统等 。在天上的四颗卫星可以定出地面上运动物体的(X,Y,Z,T)四个时空坐标,这就能实现定位导航 。但卫星导航有一个缺点——这需要电磁波的传递,在深海里的潜艇无法接受到空间的电磁波,因此接受卫星导航信号 。
天文导航则是一个既古老又现代的概念 。中国古人就用北斗七星中的北极星来导航,这就是一种古老的天文导航思想 。在科幻小说《三体》中,作者这写到了利用恒星之间的距离关系来导航的思想 。在现实中,最近中国的航天五院有一些科学家提出了利用宇宙空间的脉冲星来进行导航的思想——不过脉冲星导航也许在地球上的飞行器飞出太阳系之后才有实际用处 。天文导航是未来星际旅行时代的导航发展方向 。
量子罗盘属于惯性导航
那么,量子罗盘属于上面所说的三种导航原理中的哪一种呢?
英国帝国理工学院研究人员和M Squared公司研制的这款“量子罗盘”能确定地球上任何地方的精确位置,它不依赖外部卫星导航信息,所以不属于卫星导航;这个设备也不需要北极星或者脉冲星的参与,因此也与天文导航无关 。
量子罗盘是一款惯性导航产品 。
那么,这款量子罗盘是怎么工作的呢?其量子性又体现在什么地方?
据报道,这款量子罗盘能测量极低温度(接近绝对零度,也就是零下273度)下超冷原子的运动 。制备超冷原子的基本技术之一是用激光致冷原子,这是华人物理学家朱棣文等人发明的方法,朱棣文还因此得到诺贝尔物理学奖,随后出任美国能源部部长 。
因此,要实现原子的超冷状态,需要用一种定制的激光器来操纵和控制原子 。这种激光器正是由总部位于格拉斯哥的M Squared公司花了近三年时间才研制出来 。
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