文档介绍：爱因斯坦通往广义相对论之路
2015年是爱因斯坦(AlbertEinstein，1879-1955)完成广义相对论
100周年。广义相对论被认为是人类认识大自然的最伟大的成果。玻恩
(MaxBorn，1882-1970)曾说过，广义相因斯坦看来，无论从认识论，还是美学角度，都是讲不通的。为此，他将相对性原理推广到任意参考系，成为广义相对性原理用他自己的话说，我们把广义相对性原理理解为下述陈述：所有参考物体••…;不论它们的运动状态如何，对于描述自然现象（表述普遍的自然界定律）都是等效的。”
可是问题并没有解决。当时只知道有两种力：电磁力与万有引力。电磁学与狭义相对论没有矛盾，而万有引力无论如何都融不进去。按照牛顿理论，万有引力是一种没有时间延迟的（瞬间的）超距作用，而按照光速不变原理，没有任何物理效应能够以比光更快的速度传播。如何解决两者之间的矛盾，是摆在爱因斯坦面前的问题。通过思想实验，爱因斯坦意识到了引力与加速度之间的关系。
我正坐在伯尔尼专利局一张椅子上，忽然一种思想打动了我：假如
一个人自由落下，他不会感觉到自己的重量。我不禁大吃一惊，这个简单
的思想实例，给我以深刻的印象，他把我引向到引力论，我继续沿着我的
思路发展下去，下跌者在加速，他所感觉和判断的东西发生在加速度参照
系中，我决定把相对论扩展到加速度参照系统中去：我觉得这样做就能同
时解决地心引力问题，下跌者不可能感觉到自己的重量，因为在他的参照
系中，有一个新的引力场，取消了地球引力场，在这个加速参照系中，我
们需要一个新的引力场。”
这个让他“大吃一惊”的领悟，开启了长达八年的广义相对论之路。这
一想法被他称为“我一生中最快乐的思想”。
从伽利略(GalileoGalilei，1564-1642)时代开始，人们就认识到引
力质量与惯性质量相等。但对其内在机制，却一直没有深究。“引力质量
决定了物体在地球表面的重量，或者说，决定了它与其他物体之间的吸
引；“惯性质量”决定了使物体加速需要施予多大的力。牛顿(Isaac
Newton，1643-1727)虽然也注意到两者从定义上讲是完全不同的，但它
们却总是相等，也就没有深究其中的原因。在爱因斯坦看来，“我们唯有
承认一个事实才能得到满意的解释，这个事实就是：物体的同一个性质按
照不同的处境或表现为“惯性”，或表现为“重量”(字面意义是“重性”)。”
爱因斯坦用思想实验来考察惯性质量与引力质量之间的等效性。设想
一台封闭的升降机正在没有重力的外太空加速向上运动，那么升降机内部
的人所感受到的向下的力乃是起因于惯性质量。而如果封闭的升降机静止
于引力场中，那么升降机内部的人所感受到的向下的力乃是起因于引力质
量。而惯性质量总是等于引力质量。“由这种相当性得知，不可能用实验
去发现一个坐标系究竟是在加速的，还是在沿直线匀速运动着，而所观察
到的结果则是由引力场所引起的。•…一旦引力引了进来，它就粉碎了惯
性系这个概念。”
1913年9月23日，在维也纳举办的德意志自然科学家和医生协会第
85届年会上，爱因斯坦做了一场《关于引力问题的现状》的报告。他又
拿出自己一贯的专长，用思想实验来说明这一点。他让听众设想两个物理
学家从睡梦中醒来，发现自己站在一个封闭的箱子里，四壁是不透