打
從70年代起，全
球定位系統（GPS）開始發
展，影響席捲全球，應用範
圍從基本的導航輔助，延伸
至手機遊戲，造就了風靡一
時的手機應用程式如Pokémon Go及其前身Ingress。除了
是複雜的衛星信號技術的成果，GPS也是會直接受愛因斯坦
的狹義及廣義相對論影響的裝置，不過科學家已有對策。
GPS可以分為三個部分，即專用衛星、控制中心、以及用
戶裝置或接收器。有大約30顆裝載原子鐘的衛星在環繞地球
運行。無論何時，GPS接收器都要接收來自至少四個衛星的
無線電波以確定位置。接收器利用電波傳送所需的時間來計
算與每個衛星之間的距離，使用的三邊測量法與維恩圖有點
像：衛星訊號呈球狀，從球面的交會點可以找出GPS接收器的
位置。收到愈多衛星的訊號，就可以得到更精確的定位資料。
由於是以測量訊號的傳輸時間來定位，能夠準確地記錄
時間是至關重要的。愛因斯坦的狹義相對論的精義是 : 在
觀察者眼裡，移動中的時鐘要比靜止的時鐘走得慢。廣義相
對論則指出重力亦會對時間產生影響 : 重力場越強，時間越
慢。衛星在地表以上約20,000公里的軌道，以每小時14,000
公里的速度運行。根據廣義相對論，衛星攜帶的時鐘要比地
球上的時鐘快（軌道上的重力較小，所產生的廣義相對論效
應，蓋過因高速移動而出現的狹義相對論效應），產生每天約
38微秒的誤差。隨著時間累積，GPS的定位就會大大偏離正
確位置，資訊近乎無用。
不過，現實卻並非如此。商用GPS定位的精確度可以高達
約3至5米。衛星上的時鐘其實已根據廣義和狹義相對論作
出調整，與地球上的時間同步，彌補了用戶位置和衛星在時
間上的差異。此外，GPS接收器亦能按照狹義相對論而進行
必要的計算。若果沒有這些調整，GPS在短短2分鐘後，就會
因累積的時間落差而不能作出有意義的準確定位。
智能電話使用的技術稱為協助全球定位系統，從衛星及
伺服器（如流動網絡的基站）接收信號。相對於一般的GPS，
大多數智能手機得力於網絡傳送，能夠更快速地定位，只是
效率雖然優勝，定位精度卻嫌不足。所以明智的做法是用點
常識，不要完全信賴智能手機的GPS，免得掉進河中（這是真
有其事的）。
By Jason Long Him Cheung
張朗謙
Further Reading
延伸閱讀
required due to Special Relativity. Without these
adjustments, the GPS would no longer work to any
meaningful degree of accuracy after around 2
minutes as the time lag becomes cumulative.
A smar tphone uses a technology known
as “Assisted GPS”, which receives signals from
both satellites and from servers such as mobile
network cellular sites. Compared with a GPS, most
smartphones are actually able to pinpoint location
faster since it siphons help from connectivity, but
where it shines in efficiency, it lacks in accuracy. It
would be wise to not entirely trust a smartphone’s
GPS lest you walk into a river (yes, it has happened
before). Common sense goes a long way!
與
相對論
Network
Server
User device
7
Internet
