Telefonunuzdaki harita uygulaması, bulunduğunuz yeri birkaç metrelik bir hassasiyetle gösterebilir. Bu sırada telefonunuz, yeryüzünden yaklaşık yirmi bin kilometre yükseklikte dolaşan uydulardan gelen sinyalleri kullanır. Küresel Konum Belirleme Sistemi, kısaca GPS, bugün o kadar yaygındır ki onun ardındaki bilimin ne kadar etkileyici olduğunu çoğu zaman fark etmeyiz.

GPS, Amerika Birleşik Devletleri tarafından başlangıçta askerî amaçlarla geliştirildi. Sistemin ilk uyduları 1970'lerin sonlarında fırlatıldı ve sistem 1990'ların ortalarında tam olarak işler hâle geldi. 1983'te yolunu kaybederek yasak bir hava sahasına giren bir yolcu uçağının düşürülmesi üzerine, sistemin tamamlandığında sivil kullanıma da açılacağı açıklandı. Bugün Rusya'nın, Avrupa Birliği'nin ve Çin'in de benzer küresel uydu konumlama sistemleri bulunmaktadır.

GPS'in temel ilkesi, aslında oldukça basittir ve uzaklık ölçümüne dayanır. Her GPS uydusu, sürekli olarak kendi konumunu ve sinyali gönderdiği zamanı içeren sinyaller yayınlar. Telefonunuzdaki alıcı, bu sinyalin ne zaman gönderildiğini ve ne zaman ulaştığını karşılaştırarak, sinyalin yolda ne kadar süre geçirdiğini hesaplar. Sinyaller ışık hızında ilerlediği için bu süre, uyduya olan uzaklığı belirlemeyi sağlar. Bir uyduya olan uzaklığı bilmek, bulunduğunuz yerin o uydunun çevresindeki bir küre üzerinde olduğunu gösterir. İki uyduya olan uzaklığı bilmek bu olasılıkları bir çembere, üç uyduya olan uzaklığı bilmek ise iki noktaya indirir. Dördüncü bir uydu, hem kesin konumu belirlemeye hem de alıcının saatindeki hataları düzeltmeye yardımcı olur.

Bu sistemin en kritik bileşeni, son derece hassas zaman ölçümüdür. Işık bir saniyede yaklaşık üç yüz bin kilometre yol aldığı için, zaman ölçümündeki milyonda bir saniyelik bir hata bile konumda yaklaşık üç yüz metrelik bir hataya yol açar. Bu nedenle GPS uyduları, son derece hassas atom saatleri taşır.

GPS'in en ilginç yönlerinden biri, Albert Einstein'ın görelilik kuramlarının gündelik hayattaki en somut uygulamalarından birini sunmasıdır. Einstein'ın özel görelilik kuramına göre hızla hareket eden bir saat, durağan bir saate göre daha yavaş çalışır. Uydular yörüngede büyük bir hızla hareket ettiği için, saatleri bu etki nedeniyle günde birkaç mikrosaniye geri kalır. Öte yandan genel görelilik kuramına göre kütleçekimin zayıf olduğu yerlerde zaman daha hızlı akar. Uydular, Dünya'nın kütleçekiminin daha zayıf olduğu yüksekliklerde bulunduğu için, saatleri bu etki nedeniyle daha hızlı çalışır. İki etkinin toplamı, uydulardaki saatlerin yeryüzündeki saatlere göre günde yaklaşık otuz sekiz mikrosaniye ileri gitmesine neden olur.

Bu küçük fark önemsiz görünebilir. Ancak düzeltilmediği takdirde, konum hesaplamalarında günde yaklaşık on kilometrelik hatalar birikmesine yol açardı. Bu nedenle GPS sistemi, görelilik etkilerini hesaba katarak tasarlanmıştır. Yani cebimizdeki telefonun bizi doğru yere yönlendirebilmesi, kısmen Einstein'ın yüz yılı aşkın bir süre önce geliştirdiği kuramlara dayanır.

Bugün GPS, yalnızca yön bulmak için değil, pek çok başka alanda da kullanılmaktadır. Uçakların ve gemilerin seyrüseferi, tarım makinelerinin yönlendirilmesi, deprem araştırmaları için yer kabuğu hareketlerinin ölçülmesi ve hatta bankacılık sistemlerinde ve elektrik şebekelerinde işlemlerin zamanlaması, GPS'in sağladığı hassas konum ve zaman bilgisine dayanır.