在日常生活中见证相对论的8种方法，你想过吗？
爱因斯坦的相对论难以理解，却并非遥不可及。
事实上，我们每天都生活在其中。
相对论可谓是20世纪最著名的科学理论之一。爱因斯坦于1905年提出的相对论理论解释了时空中物体的行为，包括黑洞的存在、引力引起的光偏折和水星近日点进动。
相对论乍看起来非常简单。首先，“绝对”参照系不存在。每当测量一个物体的速度、动量或如何经历时间，都会和其他东西有关。其次，无论如何测量或是测量者速度如何，光速都是不变的。第三，没有比光速更快的东西。
然而，相对论中包含的意义却异常深刻。如果光速恒定不变，也就意味着对于在太空中运动速度相较于地球非常快的宇航员来说，一秒钟会比地球上的一秒钟慢。这种现象被称作时间膨胀。
任何物体在大引力场中都会加速，因此也会经历时间膨胀。同时，宇航员的飞船会经历长度收缩，意思是说如果再飞船飞过时对其拍照，会发现飞船在运动方向上宛如被“压扁”了一样。从地球上人们的角度来看，飞船的质量也会增加——尽管飞船里的宇航员不会察觉到任何异样。
然而想体验相对论的种种效应却并不一定需要搭乘近光速的宇宙飞船。事实上，在我们的日常生活中就有不少相对论效应的实例，我们今天使用的科技都在证明着爱因斯坦是正确的。下面这些例子你熟悉吗？
为了让汽车搭载的GPS导航系统准确工作，卫星需要将相对论作用也考虑在内。尽管卫星并不会以近光速运动，速度也还是相当之快。卫星还需要向地球表面的接收站发射信号，由于引力的关系，这些地面接收站和你车里的GPS都在经历比卫星更高的加速度。
为了确保高精确度，卫星上的时钟精确度达到了纳秒级（十亿分之一秒）。由于每颗卫星都在距地球2万3千公里处以1万公里每小时的高速移动，每天会出现约4微秒（百万分之一秒）的时间膨胀，算上引力作用，总数就是约7微秒，即7千纳秒。
如果不考虑到相对论作用，差别将是赤裸裸的：只需一天，GPS上显示离你800米远的加油站就会偏出8公里。
磁是一种相对论效应。只要你的生活中用到电，你就应该感谢相对论，否则发电机根本就不会工作。
将一个线圈穿过磁场，导线中的部分带电粒子受变化的磁场影响而运动，于是产生出电流。但假设线圈不动，而将磁铁移动，在这种情况下，导线中的带电粒子（电子及质子）将不会运动，那么磁场就应该对这些粒子不起作用。然而，作用依然存在，仍有电流通过。这表明从优参照系是不存在的。
加州克莱蒙特波莫纳学院物理学教授托马斯·摩尔利用相对论原理证明了为何法拉第定律是正确的。
“上至变形金刚，下至发电机，只要用到电的地方就有相对论效应存在。”摩尔说道。电磁铁也是在相对论作用下工作的。当直流电通过导线时，电子便在材料中流动。通常，导线是电中性的，不带净正负电荷。这是带正电荷的质子与带负电荷的电子数量大致相等造成的。但如果你将通了直流电的另一导线放在这根导线旁边，两根导线就会取决于电流方向而彼此相吸或排斥。
假定两道电流都向同一方向流动，电流强度也相等，那么第二根导线中的电子相对第一根导线中的电子就是静止的。同时，从电子的角度看，两根导线中的质子都是运动的。因为相对论的长度收缩，质子变得更为密集，那么单位长度中的正电荷就多于负电荷。因为同性相斥，两根导线也会相斥。
反方向的电流会相吸，因为从第一根导线的角度出发，第二根导线中的电子更密集，产生净负电荷。同时，第一根导线中的质子产生净正电荷，异性相吸。
大多数金属都发亮，因为原子中的电子会在不同能级间跳动。某些撞击到金属的光子被吸收后以更长的波长被重新发射出去，但大多数可见光只会被反射。
金是一种重原子，因而内部电子运动的速度足够快到让相对质量显著增加，长度收缩也同样明显。这样一来，电子绕原子核运动的轨迹缩短，动量增加。内轨道上的电子携带的能量更接近外电子的能量，被吸收和反射的波长变得更长。
更长的光波长意味着部分通常被反射的可见光也被吸收，这部分光位于光谱的蓝端。白光是彩虹中所有颜色的混合体。以金为例，当光被吸收并重新发射出去时，波长通常变得更长，因此我们看到的光波混合体就呈现出更少的蓝和紫色，金子看起来就黄澄澄的，因为黄、橙和红光比蓝光的波长更长。
金不易被腐蚀或与其它物质发生反应，这也是相对论效应作用于金的电子的结果。
金的最外层只有一个电子，但却不像钙和锂那样容易活泼。恰恰相反，金中的电子虽然较重，却被更紧密地束缚在原子核周围。这就好比将最外层电子变成了原子核附近其他电子的一员，所以不会轻易与其他任何物质发生反应。
与金类似，汞也是一种重原子，因为速度与质量增加所以离核更近。但汞原子间的化学键较弱，因此在低温下汞就会融化，我们通常见到的水银就都是液体。
如果牛顿关于绝对静止系的假设是正确的，那么我们就得完全换种方式来解释光。
“那样的话，不仅磁力不存在，光也会不复存在，因为相对论需要电磁场中的变化以有限的速度运动而不是瞬移。”波莫纳学院的物理学家摩尔说道。“如果相对论没有执行这一要求，电场中的变化就会不需要通过电磁波而瞬间联通，那也就不需要磁力与光了。”
相对论是质量与能量可以相互转换的原因之一，因此核电站才能发电，太阳才会发光。其另一重要影响体现在超新星爆发中。
“相对论效应克服了质量足够大的恒星核中的量子效应，使其能够在自身重量下突然坍缩，直到成为一颗小得多、密度也大得多的中子星，这样超新星才得以存在。”摩尔说道。
在超新星中爆发，恒星外层向内坍缩，形成巨大的爆炸，产生出比铁更重的元素。事实上，我们熟悉的所有重元素几乎都是由超新星所创造的。
“我们是由超新星创造和散播的物质组成的，”摩尔说。“如果没有相对论，那么连最巨大的恒星也会最终以白矮星的形式死亡，永远不会爆炸了。”
文章来源：Live Science
文章作者：Jesse Emspak
编译：未来论坛 商白