大多數人會覺得愛因斯坦的相對論主要套用於高速狀態、微觀世界和宇觀世界，但日常生活中我們仍然可以透過金色的黃金、液態汞、衛星導航、彩色電視機等事物看到相對論在我們身邊的體現。而且你還可以透過遊戲體驗光速運動下的奇特視覺效果。
01
相對論說了什麽
愛因斯坦的相對論，無疑是20世紀最為傑出和具有劃時代意義的科學理論之一。透過這一理論科學家成功研發出原子彈，預測了黑洞、重力波、重力透鏡效應以及各種天體的執行規律等。這一理論以其深邃的洞察力和對自然界基本規律的重新詮釋，徹底改變了人類對宇宙時空、能量和質素的認識。
它包括兩部份狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論（Special Relativity）：愛因斯坦於1905年提出，主要解決了經典物理學中的一些悖論，特別是光速不變原理和時間、空間的相對性。狹義相對論的核心觀點包括：光速在任何慣性參考系中都是恒定的，即c=299792.458千米/秒。質素與能量等價，並推匯出最著名的方程式式——質能方程式E = mc2。任何物體以接近光速的速度運動，狹義相對論效應就會變得很明顯。
廣義相對論（General Relativity）：於1915年提出，它將局限於慣性參考系的狹義相對論推廣到包括重力場在內的一般參考系，它將重力解釋為時空的彎曲。其核心觀點包括：物質和能量的分布決定了時空的幾何結構。物體在時空中沿著所謂的測地線自然運動，而這種運動表現為我們觀察到的重力效應。
廣義相對論對恒星系統和黑洞的解釋
02
讓光速變慢的遊戲
我們知道牛頓力學只適用於遠低於光速和弱重力場的情況，當物體的運動速度接近光速時相對論效應就變得顯著，牛頓力學不再適用。這時物體的質素會增加、時間會變慢、長度會縮短。
目前人類太空飛行器最快速度只有光速的0.0037%，物理學家透過思想實驗確定，當人以接近光速運動時會發生很多神奇的事情。那麽如何直觀看到以接近光速移動時看到的神奇的景色呢？除了坐上光速飛船外，還可以降低光速，兩種情況都能讓我們接近光速。
麻省理工的科學家們利用電腦遊戲【較慢的光速（A Slower Speed of Light）】（http://gamelab.mit.edu/games/a-slower-speed-of-light/）讓人人都能體驗這種場景。在這個遊戲中他們將光速從30萬千米/秒減慢個幾萬倍，當光速足夠慢以後，狹義相對論就變成肉眼可見了。在這個遊戲中玩家可以收集100個球體，每獲得一個球體都會讓光速降低1%。這時你看到的顏色、距離、亮度以及時間都會發生變化，研究者們嚴格計算了GRB顏色、紅外光、紫外光在不同光速條件下的變化（在高速情況下你能看到紅外光和紫外光了），並將其融入遊戲中。
顏色改變，光既是波又是粒子，考慮波的情況下可以把光波類比成聲波。根據都卜勒效應接近或遠離聲源會改變聲音的頻率，同樣向光源快速移動時，會讓光波看起來更短，其表觀顏色會向色譜的藍色端移動（藍移）；遠離光源時顏色會向紅色端移動（紅移）。紅移在天文學中非常重要，它可以用來測量天體相對於我們的退行速度，進而推斷宇宙的膨脹情況。
紅移與藍移
外型扭曲，當以高速接近物體時，物體看起來會更長，這樣物體的外形會被扭曲。
亮度變化，在雨中行走時身體前面會比背後更濕，光子在高速下也像雨滴一樣，當你走向一個物體時它會更亮一些，這就是所謂探照燈效應。
時間膨脹，當人以接近光速移動，他的時間會變慢，相比慢速的人他衰老得更慢。雖然在遊戲中感受不到時間的改變，但在遊戲結束時，在總結界面中會告訴你比靜止時鐘慢了多少。
以光速的43%和91%移動時看到的情景
03
金色的黃金
黃金獨特的金黃色可以用相對論來解釋。 金屬的光澤來自原子中的電子與光子的相互作用，當光線照射到金屬表面時，金屬原子的外層電子可以吸收光能並躍遷，這些電子躍遷後很快會回到原來的軌域，並以金屬光澤的形式釋放出能量。
金是一種重元素，其內部軌域電子運動速度更接近光速，其動量更大，按相對論理論這些電子會以更短的路徑繞原子核運動，這意味著黃金內部軌域電子與外部軌域電子能量接近。對波長較長的紅光和黃光吸收較少反射較多，對波長較短的藍紫光吸收較多反射較少。因此當白光照射在黃金上，反射出來的光中藍紫色更少，黃、橙、紅色更多，最終混合出黃金獨特的光芒。
和活潑的鋰一樣，金的最外層電子數也是1。但由於相對論效應這個電子以更接近光速運動，顯得更「重」，不容易與其他物質發生反應，因此黃金非常穩定。
同樣的，汞也是一種重金屬，這導致它的電子也靠近汞的原子核，這間接導致汞原子之間的鍵（範德華力）很弱，讓汞不能在室溫下形成穩定固體結構。
04
舊電視機
在液晶顯示技術普及之前，大多數電視和電腦顯視器使用的是陰極射線管（CRT）螢幕。陰極射線管螢幕透過電子槍發射電子束，偏轉線圈改變電子束方向，掃描塗滿熒光粉塗層的熒光屏來產生影像，由於熒光粉被激發點亮後很快就會熄滅，所以偏轉線圈需要不斷改變磁場讓電子束迴圈掃描。
為了讓電子能夠有足夠的能量激發熒光，它們會被加速到20%-30%光速的度數，這時相對論效應已經很明顯了，從電子的視角來看電視機內部的空間已經縮小，相對論效應導致的失焦的距離達幾個毫米。如果設計偏轉線圈磁場時不考慮相對論效應，就會讓電子束沒法聚焦到螢幕上。
05
讓粒子延長壽命
類似的情況還發生在粒子加速器中，由於粒子加速器的能量非常高，它能將粒子加速到接近光速的99.9991%（大型強子對撞機LHC），這不單改變了粒子的空間感，還改變了它的時間。 這種接近光速產生的時間膨脹效應非常明顯，能讓粒子的壽命延長2萬多倍！ 這種效應對於那些半衰期非常短的粒子極其重要，讓它們可以在到達探測器前不會衰變，從而完成加速和對撞。
大型強子對撞機
06
衛星定位系統
衛星定位是依靠衛星上的原子鐘提供的精確時間來實作的，導航定位的精度取決於時鐘的準確度。 全球定位衛星系統的衛星通常以3.9千米/秒的速度在2萬千米的太空中繞地球執行，它的飛行速度大約只有光速的0.0013%。 盡管衛星飛行的速度遠低於光速，但相對論帶來的時間膨脹效應仍然讓衛星上的時間每天都會比地球慢7微秒。
另一方面，根據廣義相對論看來重力對衛星時間的影響更大。衛星在距地面2萬千米的太空，這讓衛星的原子鐘比地面的原子鐘的重力位更高，導致每天衛星上的原子鐘會快45微秒。
綜合考慮兩者的影響，衛星上的原子鐘每天要比地面時間快38微秒。而原子鐘本身的精度在納秒級，這種微秒級的誤差如果不矯正，會導致每天積累10千米的定位誤差。
此外，衛星的執行軌域並非完美的圓形而是橢圓，有的時候離地心近，有的時候離地心遠，考慮到重力位的波動，衛星上的原子鐘必須根據相對論計算出即時的修正量。一般說來，GPS接受器準確度在30米之內就意味著它已經利用了相對論效應。
