7月31日，我國的北鬥三號全球衛星導航係統正式開通，引發包括專(zhuan) 家學者在內(nei) 很多網友，以及科普愛好者研究衛星導航定位的極大興(xing) 趣。

很多人關(guan) 心，像北鬥、GPS這樣的衛星導航定位係統的時鍾需作相對論修正嗎？畢竟，GPS衛星在太空以極快的速度飛行，雖然比光速小很多，但這個(ge) 速度已經不能忽略。

其實，這個(ge) 問題一直眾(zhong) 說紛紜。大體(ti) 說來有三種意見：

第一種意見認為(wei) ，GPS衛星在太空高速飛行，應按照相對論來考慮問題。

持這種論點文章很多，如《報刊文摘》（上海版）7月22日文章《相對論有什麽(me) 用》指出，“GPS衛星上的原子鍾每天比地麵上的快38微秒。如不校準時間，定位位置將漂移，每天約10千米。因此，沒有相對論就沒有全球衛星定位係統”。

而《大學物理》雜誌2017年2期《相對論效應對GPS的影響》一文指出，“本文從(cong) 狹義(yi) 相對論和廣義(yi) 相對論兩(liang) 方麵論述了無論是運動時鍾變慢，還是引力場中高處時鍾加快的效應，都將對GPS係統時鍾的精度產(chan) 生不可忽視的影響。”

第二種意見的人自稱少數派。他們(men) 大多對愛因斯坦相對論持懷疑甚至否定態度，其中的一些學者從(cong) 理論上證明二個(ge) 相對論修正公式都有錯，有的學者還提出個(ge) 要害問題：所謂修正隻是對地麵用戶而言有效，難道GPS製導的導彈等用戶需申請另行修正嗎？

第三種意見也算是少數派。其中有些人是航天工程技術人員，他們(men) 主張用謹慎態度對待相對論。100多年來還沒有過硬的理論或實驗可以否定它，但它畢竟是一種還沒有經過實驗驗證的學說。GPS似乎就是個(ge) 很好例子，並沒有專(zhuan) 門對相對論做修正。所以既不能說“沒有相對論就沒有GPS”，也不能說從(cong) GPS證明了相對論是錯誤的。

那麽(me) ，衛星導航定位係統到底需不需要專(zhuan) 門作“相對論修正”呢？

筆者於(yu) 1985年曾與(yu) 我國計量學專(zhuan) 家喬(qiao) 石瓊一起聘任剛成立的503所“衛星定位通信係統”技術顧問。當時503所對外稱北京無線電控製測量研究所。所長童凱院士曾向我們(men) 介紹，他曾組團去美國考察GPS。美方GPS專(zhuan) 家告知，GPS官方文件從(cong) 未說過係統調試中需作“相對論修正”，也從(cong) 未說過不需要作“相對論效應”修正。童院士個(ge) 人理解，就是無需專(zhuan) 門對衛星導航定位係統進行“相對論效應”修正。

我個(ge) 人完全同意童凱院士的見解。理由簡述如下：

GPS采用偽(wei) 距差分法為(wei) 地麵用戶定位。所謂偽(wei) 距，是指測出的距離數據中還包括誤差項，而這些誤差對每顆GPS衛星都是一樣的。按理說用三顆衛星就可對用戶定位（三坐標三個(ge) 未知數）。但GPS故意多測一顆衛星，目的是從(cong) 四顆星測出四個(ge) 偽(wei) 距；再對四個(ge) 偽(wei) 距兩(liang) 兩(liang) 相減（即差分），相同的誤差項被抵消，從(cong) 而得出用戶的三坐標。

實際上GPS在定位時的關(guan) 鍵問題是確保所有GPS衛星的原子鍾同步。這一點並不難做到，因為(wei) 原子鍾有足夠的精度和穩定度，此外每天地麵還要對它們(men) 例行二次時頻修正。

除定位外，GPS另一重要功能是校時，即將地麵用戶的時鍾同步至GPS的係統時（即國際UTC時），或者通過比對實現幾台地麵鍾的時間同步。後者就是利用一顆GPS衛星實現幾台地麵鍾時間同步。即國際計量局（BIPM）推薦的時間比對共視法。該法使地麵幾個(ge) 標準時鍾通過比對達到高精度的同步；或者用地麵一個(ge) 標準時鍾（如國家授時中心）來對幾個(ge) 地麵站進行校時，可獲得10納秒量級的時間同步。

GPS校時同樣用到上述偽(wei) 距差分的原理，所以同樣可證明，無需專(zhuan) 門修正相對論效應項。因為(wei) 它存在也好，不存在也好，都會(hui) 在測偽(wei) 距和差分過程中被消掉。

綜上所述，GPS等衛星導航定位係統無論是作定位還是校時，都無需專(zhuan) 門進行“相對論校正”。因此如果希望通過衛星導航定位係統來證實相對論的正確，或者來否定相對論，都是不現實的。

 （作者係原航空航天部有突出貢獻專(zhuan) 家，國務院特殊貢獻津貼專(zhuan) 家，曾任航空航天部研究室主任、總設計師、副總工程師、研究所技術顧問等職）

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【深圳科普月】，了解更多科普月活動詳情