Разделы
Выбрать регион
Следите за нами
Цифровые технологии

Теория относительности Эйнштейна помогает электричеству не отставать от графика

Беспокойный 1848 год вошел в историю как момент, когда выяснилось, что политические режимы по всей Европе катастрофически отстают от чаяний граждан. Но параллельно имела место быть и куда более фундаментальная «рассинхронизация»: города и села украшали красивые башни колоколен и ратуш, однако часы на них показывали разное время. Сколько часов было в Вене, когда в Берлине наступала полночь? Даже Кайзер не знал этого.

«Проблема определения местного времени решалась путем наблюдений за небом и фиксацией на часах момента, когда солнце проходило наивысшую точку», – пишет Питер Галлисон в своей книге «Часы Эйнштейна и карты Пуанкаре». Только с появлением телеграфа и возникновения феномена «железнодорожного времени» часы начали тикать в унисон. В швейцарском Берне старый железнодорожный вокзал стал одним из первых зданий с синхронизированными часами. Он был расположен напротив патентного бюро, сотрудник которого по имени Альберт Эйнштейн пытался найти ответ на вопрос космического масштаба, не имевший ничего общего с проблемами интеллектуальной собственности: когда мы говорим, что два события произошли одновременно – что именно мы имеем в виду? Поиск ответа на этот вопрос в конечном счете привел Эйнштейна к созданию общей теории относительности.

Синхронизация часов с тех пор шагнула далеко за пределы башенных часов и железнодорожных расписаний и пришла в самые разные сферы. Одной из последних отраслей, принявших на вооружение как точный контроль за синхронизацией часов, так и теорию относительности, стали электрораспределительные сети. «Если говорить о современной энергосети, то точное время – это всё», – говорит Рич Хант, старший менеджер по продуктам GE Digital Energy. «Без него реле начнут ошибаться, и линии будут обесточены».

Сегодня сети переходят на цифровые технологии и подключаются к промышленному интернету, чтобы лучше прогнозировать отключения и планировать работы по обслуживанию. Но тут есть и свои сложности: цифровые сигналы, контролирующие работу сети, немного задерживаются сетевым оборудованием и, как поезда Эйнштейна, не приходят в точку назначения в точно заданное время.

относительность времени Эйнштейна

В прошлом, чтобы справиться с этой проблемой, компании использовали сложные и дорогие системы на основе медных проводов. Но инженеры GE нашли хитрый способ превращения сетей, создающих задержки, в решение.

Как и Эйнштейн, они «учитывают релятивистский эффект сети», поясняет Хант. «Сигналы, покидающие пульт управления, получают метку с точным временем. Устройства, получающие эти сигналы, имеют собственные часы. Они используют эти метки, чтобы определить задержку и учесть её. Мы постоянно синхронизируем часы в сети».

Система способна на это, поскольку устройства в сети используют часы, подключенные к глобальной системе позиционирования GPS. Они могут быть синхронизированы с точностью до 100 миллионных долей секунды, или 100 наносекунд. Это более чем удовлетворяет наши требования к точности.

Что опять возвращает нас к разговору об Эйнштейне. Спутники GPS расположены на такой высоте, что их часы идут немного медленнее, чем на земле, и нам нужно учитывать релятивизм, чтобы вся система работала. Без Эйнштейна GPS выдавала бы данные с погрешностью, которая увеличивалась бы на 7 миль в день. Многие водители, путешественники, и радиопередатчики потеряли бы свое местоположение довольно скоро.

«Может быть, наша отрасль и последняя, кто принял на вооружение эту технологию», – говорит Хант. «Но с помощью GPS-часов мы можем производить удаленные замеры показаний в различных точках сети синхронно».

Изображение в статье: вселенная, как ее представлял себе Эйнштейн. Эта иллюстрация основана на данных суперкомпьютеров NASA и представляет собой трехмерную симуляцию слияния черных дыр. Такого рода симуляция создает основу для изучения вселенной совершенно новым образом, через обнаружение гравитационных волн. Изображение представлено NASA

Subscribe to our GE Brief