相對論有什么用

1854年，德國數學家黎曼提出了黎曼幾何的初步設想。1905年，愛因斯坦發表狹義相對論。1912年，美國人羅伯特·戈達德開始研究火箭。1916年，愛因斯坦發表廣義相對論，其中使用黎曼幾何作為核心數學工具。1957年，第一枚人造衛星Sputnik 1發射成功。1959年，第一種衛星定位系統Transit開始研發。1960年測試成功。1967年，Timation衛星系統將原子鐘帶上太空。1973年，美國決定研發全球衛星定位系統。1978年，第一顆GPS衛星發射成功。

在研發GPS衛星時，學者發現，根據愛因斯坦于1905年發表的狹義相對論，由于運動速度的關系，衛星上的原子鐘每一天會比地面上的原子鐘慢7微秒，而根據1916年發表的廣義相對論，由于在重力場中不同位置的關系，衛星上的原子鐘會比地面上的原子鐘每天快45微秒。兩者綜合，GPS衛星上的原子鐘每天會比地面快38微秒。由于GPS依靠間隔時間為20～30納秒的時鐘脈沖信號進行計算和定位，如果不對時間進行校準，定位位置將發生漂移。每天漂移距離約為10公里。

沒有相對論，就沒有全球衛星定位系統。

那么站在1905年或1916年，人們能夠想象相對論有什么用嗎？站在1854年，人們恐怕也無法想象黎曼幾何能有什么用。

即便在1978年的時候，美國研發GPS的目的也不過是為了給自己的導彈、核潛艇等進行定位。1983年大韓航空007航班誤入蘇聯領空被擊落。隨后，美國總統里根宣布GPS向民眾開放，以防止類似悲劇再次發生。1989年第一顆新一代的GPS衛星發射，1994年24顆GPS衛星全部入軌。我們今天開車必備的衛星導航，在1905年的時候連科幻小說作家都想象不出來。

當我們今天對著手機說：“幫我找一家附近評價最高的川菜館”的時候，這背后牽扯了多少純理論呢？微積分、黎曼幾何、復變函數、概率論、相對論、電學、光學、有機化學、無機化學……

每一樣理論，在其誕生之時，恐怕都想不到其對今日日常生活的作用。

因此，今天最前沿的理科研究，其第一次應用往往在幾十年甚至上百年之后，它的應用形式很可能是我們現在難以想象的。

只有持續在基礎學科上進行投入，人類才能不斷進步，生產力才能不斷提高，人民生活水平才能不斷提高，人文關懷才能不斷提高。時常有人質疑說，世界上還有很多貧困人群，為什么不去拿錢補助他們而要搞一些目前看不到應用場景的科學理論研究。其實正如我在“現代科學的人文關懷或者說以人為本體現在哪里”這個問題下面的回答里講的那樣，推動人權提升和生活改善的主要力量是生產力的提高。如果我們今天仍然保持在1000年前的生產力水平，那么無論我們怎樣努力，大家的生活都不會好過到哪里去。適度地投入基礎學科研究，即便暫時看不到應用場景，也是有利于整個社會的。