相對論是20世紀最偉大的科學發現之一，它又是如何解釋我們身邊的事物呢？

由阿爾伯特·愛因斯坦於1905-1915年間建立的相對論，其實可以適用於任何地方，這個理論解釋了物體在空間和時間中的行為，並且可以用來預測物理現象，例如曾預言了黑洞的存在、光會被引力彎曲，以及水星軌道的進動行為。

其中狹義相對論的形式很簡潔。首先，愛因斯坦認為宇宙不存在“絕對”的參考系，意味著無論測量一個物體的速度、動量，或是對所用時間的計算，都一定是相對於其他參照物而言的，這個“被相對”的參照物也就成了參考系。其次，光速是個特例，光的速度是絕對的，無論測量光速的人相對地球（或其他參考系）跑多快，測出的光速都是完全相同的。最後，沒有人（或者說“信息”）能快過光速。

愛因斯坦的理論影響是深遠的，如果光速總是一樣的，那麼一位相對地球速度很快的宇航員所感受到的分秒，將比地球上的觀察員要慢。即宇航員的時間相對於地球上的人減慢了，這個現象稱為時間膨脹。此外，任何處於引力場中的物體，其時間相對不受引力的物體會加快。

宇航員的太空飛船也會經歷長度收縮，意味著如果地面上的你給正在飛行的飛船拍照，會發現照片中飛船在其前進方向上“被壓扁”了。不過這是相對於你而言的，飛船上的飛行員不會感到什麼異常。另外從你的角度看，飛船的質量也會增加。

如果你對相對論感興趣，也並不需要去搞一艘飛船，把它加速到接近光速來感受相對論效應。實際上我們在日常生活中就能看到許多相對論發揮作用的例子，我們廣泛使用的技術也都能證明愛因斯坦理論的正確性。現在就來看下相對論隱藏在身邊哪些地方吧！

電與磁

磁是一種相對論效應，如果你正在用電的話（我知道你正在用），可以對相對論表示感謝，因為相對論讓我們正確掌握了電與磁的用法。

為什麼這麼說呢？如果你拿一卷電線，讓它們通過一個磁場，電線中就會流過電流。電線裡的電子受到磁場產生的磁力作用，使其移動產生電流。

不過如果反過來呢，保持電線不動，移動磁場（通過移動磁鐵就可以做到）。這時電線中依舊會產生電流。這兩種情況看上去類似，其實是不一樣的，前一種是磁場相對你保持靜止，而電線相對你移動；而後一種是磁場相對於你在移動，但電線相對你保持靜止。按理說，後者中電線裡的電子（相對你）沒有移動，磁場應該不會對其產生作用，但事實是有作用的。表明電與磁的作用並不依賴於參考系，只會對相對運動產生效果，而絕對的參考系不存在。

所以說每一個在用電的人，都在感受相對論效應。

電磁感應也用到了相對論。當一根電線中流過電流時，微觀上是材料中的大量電子在進行定向漂移運動。通常電線都是不帶淨電荷，是電中性的。並不是電線中沒有電荷，只是正負電荷（質子帶正電荷，電子帶負電荷）數量相同，大家相互抵消，沒有誰佔優勢，所以取平局——電中性。如果你把另一根通著電的電線放在它旁邊，兩根電線會互相吸引或排斥，具體吸引還是排斥取決於兩根電線的電流方向，力的大小則取決於電流大小，這個現象稱為“電磁感應”。

假設兩根電線的電流是同一方向的（假設電流大小也相同），就意味著倆電線中的電子互相瞧對方是靜止的，即相對靜止。但我們站在電線的視角看就不一樣了，本來電線中質子和電子是1:1均勻分佈的，但電子相對於質子在運動，意味著電子在沿電線方向會出現長度收縮，則單位距離內的電子密度會升高。咦，那根據狹義相對論的解釋，豈不是意味著同樣長度的電線中，電子的密度高於質子的（如銅線就指銅原子裡的質子），電線會帶負電荷。所以電線間會相互排斥，因為電荷是同性相斥的嘛。

全球定位系統（GPS）

全球定位系統對我們的生活可謂是密切相關。想象一下在外地出差，手機沒電了查不了地圖，陌生環境帶來的焦慮分分鐘讓人崩潰。而為了給廣大司機朋友提供足夠準確的導航信息，衛星需要應對相對論效應進行校正。原因是衛星在天上相對於地面以極高的速度公轉（地球同步衛星除外），並且衛星所處的高空軌道的地球引力小於地球表面，狹義和廣義相對論的效應一疊加，衛星看到的情況傳到地面後會有很大差別。

為了實現高準確性，衛星上使用的鐘能精確到納秒。離地面20300公里的衛星，其相對地面的速度約為10000公里/小時。根據相對論，相對速度不同，衛星相對於地面的時間膨脹效應可達4微秒/天。再者衛星軌道與地球表面的引力場強度不同，加上引力帶來的時間膨脹，總共誤差可達7微秒/天，即7000納秒/天。

這個差異是真實存在的，如果不進行相對論校正或者說我們完全不知道相對論效應，那麼GPS系統每天的誤差相當於當系統告訴我們距離加油站還有1公里的距離的時候，其實還有10公里。而這誤差還會與日俱增。

黃金的“黃”

金屬中大多數都是閃亮的，因為它們往往能吸收絕大多數可見光，並將光線重新發射出去。當你看到光線照在某個物體上，能原封不動地反射出來時，你的視覺系統會覺得這個物體像“鏡子”，它的顏色就是“鏡子色”，也即金屬色或說銀色。金屬吸收光，靠的是原子中的電子。電子存在很多能級，也可以稱為“電子軌道”。如果某種光子被電子吸收後能使電子剛好上升到另一能級，那麼電子就會選擇吸收光子，當然此時的電子處於高能量狀態是不穩定的，稍後會回到原來能級，將光子釋放。

金有點特殊，它的原子很重。由於相對論效應，金原子的內層電子會更靠近原子核，這就使電子對電子核起到了更強的屏蔽作用。從能級上來看，金的電子能級間的能量差低於一般金屬。意味著金原子吸收和發射的光子偏好長波長的光，也就是說金不喜歡吸收和發射藍紫色的光，所以白光下黃金就是金黃色的。

汞是常溫下的液態金屬

跟金原子類似，汞原子也屬於重原子。汞原子的原子核質量較大，相對論效應使電子軌道更小、速度更快，也有更大的質量。意味著汞原子的電子跟原子核更“親密”，靠得更近。因此在汞原子間，以電子構成的化學鍵的力更弱，稍微加熱就能使鍵斷開。因此如我們所見，汞在常溫下是液態的。

已過時的陰極射線顯像管電視（CRT電視）

現在的年輕朋友可能已經忘了第一代電視——CRT電視，那種電視往往體積很大。屏幕越大，體積也越大，其原因在於其中藏了一個小型的“粒子加速器”，不過它只負責給電子加速。

CRT電視的原理就是靠熱陰極發射出電子，再經過磁場的偏轉和電場的加速，打到屏幕上。屏幕上已經預先塗好了熒光粉，電子打上去熒光粉會發光，使我們看到圖像。其中經過加速的電子速度達到了光速的1/3，相對論效應是不可忽視的。因此可以想到，為了避免電子打在屏幕的位置偏移太多，廠家在出廠前肯定是根據相對論對電磁場參數做過調整的。

目前我這一代人的初高中教材中，往往把相對論和量子理論等看成“更高等”理論。書中舉的例子不是宇宙、黑洞就是夸克、中微子，顯得非常高端。現在回想起來我表示理解，因為相對論和量子力學的深入理解一般需要藉助複雜的數學，使其在高物理課本中難以完全舒展；這二者畢竟是上世紀物理學進展的桂冠，已經經歷無數次的驗證，教材編纂者有充分的自信將其展示並普及給下一代人。不過正如大家所見，相對論的使用已經非常成熟，已經應用在我們生活中的各處細節裡，量子理論如是。

等到下一或下兩代，他們的物理課本里可能不會把相對論和量子理論渲染得那麼神秘，因為大家會在生活中切身感受，就消除了陌生感。等到大家都能用上量子計算機，或量子通信技術得到大範圍推廣的時候，誰還會說量子理論神秘呢？