从数学角度理解相对论（这样解释相对论）

爱因斯坦的相对论提出100多年以来，一直争论不休，有的说它对，有的说它错，还有第三类人直接说：不知道爱因斯坦在说什么东东！

其实，我也是一个外行，看了很多关于相对论的言论，从中悟到一点点东西，但是，要叫我用专业的语言来解释，我做不到。于是，我只有根据自己的理解，用我自认为通俗的语言进行了一番理解，现在分享给像我这样的读者，同时也请专业大师给予纠正。

说到相对论，就不得不说关于它的两个基本假设，一是相对性假设，二是光速不变假设。

对于第一个假设，从字面意思上体现不出它的含义。在这句话里面，最难理解的就是惯性参考系。

学过物理的都知道，描述物体的运动都要选择一个参考系，因为，相对于不同的参考系，同一个物体的运动状况是不同的。比如，我们坐在行走的火车里面，相对于火车，我们是静止的，相对于地面，我们是运动的，这里的火车和地面就是两个不同的参考系。

说白了，参考系就是一个用来做比较的物体，可以是任何我们需要做比较的东西，当然，具体研究中要根据研究的需要选择适合的参考系。那什么是惯性参考系呢？就是静止(相对静止)或者作匀速直线运动的参考系叫做惯性参考系，因为这样的参考系是不受外力作用的，只是在惯性作用下运动，故曰“惯性参考系”。

于是，相对论的第一个假设的意思就是说，在这样的惯性参考系中，对于描述一切物理过程(包括物体位置变动、电磁相互作用以及原子运动)的规律，都是等价的。就是说，这些物理定律可能在表达形式上会有所不一样，不过通过一定的转换，它们总能变成一样。

关于光速不变的假设，是爱因斯坦以麦克斯韦方程为出发点得出的一个推断，就是说，在所有参考系中光速都是c，而不会因为参考系的运动与否而发生变化。说简单一点，就是光速不会和任何速度发生叠加，包括当两束光相对前进的时候，其中一束光相对于另外一束的速度都是c，而不会像我们平常一样，当两个物体都以v的速度相对运动的时候，它们相互之间远离的速度是2v，这确实让人匪夷所思，也是大多数人不理解或者不接受相对论的一个原因。

我们就不要管这么多，就认定，不管我们是迎着光前进，还是顺着光前进，我们和光之间的相对速度永远不变。

两个假设讲完之后，就是我们狭义相对论的描述了。这里我将不再用专业的术语来描述，因为我本身也不懂，我用的都是我自己的语言。

大家都知道，在牛顿力学里面，时间，空间和质量都是绝对的，一旦研究对象确定，这些物理参数将固定不变，称为绝对时空。但是，到了爱因斯坦的相对论里面，这些参数将发生奇妙的变化，它们突然间都依赖于物体运动的速度。如果你学过初中的函数，相对论里面，你就可以将速度看做是自变量，而时间空间和质量都变成了速度的函数，它们之间的关系就是我们所说的尺缩钟慢，质量变重：

其中，β是物体运动速度与光速比值的平方。于是，和这几个量有关的所有物理规律都要发生变化。但是，它们在数学上的表达将不会发生变化，只相差一个常数而已，所以，仍然可以用牛顿力学的整套公式进行相关计算。

由此可以看出，相对论只是对牛顿力学的一个修正和扩展，并不像很多人所说的，相对论推翻了牛顿力学。牛顿力学不仅没有被推翻，在现实应用中，牛顿力学还是占据主导地位，相对论在某种程度上只是一种思维的产物，因为它描述的是告诉运动物体，什么才算是高速呢？能达到光速的百分之十左右才能算是高速，在我们平常的运动中，这样的运动基本没有，所以速度引起的所谓时空扭曲是可以忽略不计，根本用不着相对论。