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證明兩個相對論正確性的實驗證據已經不少。狹義相對論就不用說了，從微觀到宇觀，從量子物理中的實驗，到高能加速器及對撞機的應用，各個方面都要涉及狹義相對論效應，至今沒有觀測到對這個理論破壞的跡象。
廣義相對論早就有了三大經典實驗驗證：水星軌道最近點的進動；光波在太陽附近的偏折；光波的引力紅移，分別如圖4-4-1a、b、c所示。這三個現象中，牛頓力學計算的結果與實際觀測結果有一定偏差，廣義相對論的計算結果則與實驗精確符合。因此，牛頓引力定律可以當作是廣義相對論在引力場較弱，應用範圍不大時候的近似。
圖4-4-1：廣義相對論的三大經典實驗驗證
之後，天文學中觀測到的引力透鏡現象，引力時間延遲，引力紅移，對脈沖雙星的觀測，以及引力波的探測接收等，已經有無數多的實驗和天文觀測數據間接或直接地驗證了廣義相對論的結論。
在此介紹一下兩個相對論在一項與我們當今的日常生活緊密相關的GPS（全球定位系統）技術中的應用。
幾乎每個使用智慧型手機的人，或者是開車的人，都知道GPS。現在開車的司機好像已經離不開GPS。記得剛來美國時，如果開車去外面玩，得首先盯著一張大大的地圖找半天路，地圖上的街名往往太小，還得借助於放大鏡，計劃好了行程才能上路。後來，有了電子地圖的軟件（但沒有定位系統），可以將地圖放大，感覺已經方便多了。
（GPS的運行機理。圖片來自網路）
在15年之前，我們家買的汽車上第一次裝了一個GPS導航儀，花了3千美元，而現在的只要幾百美元就足夠了。並且，現在在每個智慧型手機上都有這種導航儀，它不僅方便了司機，對步行走路的人也有很大的幫助。一位朋友的父親得了老年癡呆症，出了家門經常回不來，朋友給他父親口袋里放上一個手機，然後，在自己的手機上便出現一個緩慢移動的紅點，隨時都能清楚地顯示父親當時所在的位置，這樣，朋友便放心多了。
GPS是靠24顆衛星來定位的，任何時候在地球上的任何地點至少能見到其中的4顆，地面站根據這4顆衛星發來信號的時間差異，便能準確地確定目標所在的位置。從GPS的工作原理可知，「鐘」的準確度及互相同步是關鍵。因此，GPS的衛星和地面站都使用極為準確（誤差小於十萬億分之一）的原子鐘，見圖4-4-2。
圖4-4-2：GPS的相對論修正
但是，GPS衛星上的原子鐘和地球上的原子鐘必須同步，否則便會影響定位的精度。
相對論是有關時間空間的理論，預言了一定情況下時間的變化。根據狹義相對論，快速運動系統上的鐘要走得更慢一些（雙生子佯謬），衛星繞著地球旋轉，它的線速度大概為每小時1.4萬公里。根據圖4-4-2右邊的公式進行計算，將使得衛星上的鐘比地球上的鐘每天慢7微秒。廣義相對論的效應則是因為衛星的高度而產生的。越靠近地面，時空的彎曲程度就越大。
所以，衛星上時空的變形要比地面上小，這種效應與狹義相對論的影響相反，衛星位於2萬公里的太空中，引力之差別將使得衛星上的鐘比地球上的鐘每天快45微秒。兩個相對論的作用加起來，便使得衛星上的鐘比地球上的鐘每天快38微秒。
（圖片來自網路）
38微秒好像很小，但是比較起原子鐘的精度來說，則是相當地大。原子鐘每天的誤差不超過10納秒，而38微秒等於38000納秒，是原子鐘誤差的3千8百倍。
關鍵問題是，38微秒的差別將引起導航定位系統的定位誤差。這些誤差會積累起來，那樣的話，我們就會抱怨GPS不準確了，經常把我們帶到錯誤的目的地。所以，GPS系統必須考慮相對論的影響，進行相應的修正。事實上，每一個衛星在入軌運行前都把原子鐘每天調慢38.6微秒。這樣不但改善了GPS的定位精度，校正後的衛星時鐘系統還可以向全球提供精確的國際標準時間。
（摘自《永恒的誘惑：宇宙之謎》，作者：張天蓉）