在這里,我們與其亦步亦趨地跟隨愛(ài)因斯坦從狹義相對(duì)論走到廣義相對(duì)論,不如強(qiáng)調(diào)一些能幫助我們理解最終結(jié)論的關(guān)鍵突破點(diǎn)。第一個(gè)關(guān)鍵性的突破很快就降臨了。在1907年,當(dāng)愛(ài)因斯坦正思考如何修改牛頓引力定律時(shí),他構(gòu)造了一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)(或思維實(shí)驗(yàn)),并嘗試分析如果某個(gè)人從房頂上自由下落,將感受到什么樣的引力作用。他所給出的答案是這個(gè)人感受不到任何引力。換句話說(shuō),自由下落的人或事物處在一種零引力場(chǎng)的狀態(tài)中(參考系)。

老實(shí)說(shuō),這聽(tīng)上去有點(diǎn)可笑。很顯然,我們知道人下落是因?yàn)橐?所以愛(ài)因斯坦怎么可以宣稱他們感受不到任何引力呢?為了理解這個(gè)觀點(diǎn),我們不妨和實(shí)驗(yàn)者以及她的隨身物品,再一起下落一段時(shí)間。我們假設(shè)自由下落的人得不到外來(lái)的任何暗示——比如她在一個(gè)大箱子里面,僅能看到箱子內(nèi)那些隨她一起自由下落的東西。(我們不妨忽略掉這個(gè)實(shí)驗(yàn)在箱子撞向地面時(shí)那不幸的結(jié)局,并且假設(shè)這個(gè)下落過(guò)程足夠長(zhǎng),以至于她有充分的時(shí)間四處張望,并進(jìn)行一些小實(shí)驗(yàn)。)

當(dāng)您問(wèn)一個(gè)八歲的孩子什么是引力時(shí),他們會(huì)撿起手邊的石塊、毛絨兔子或是葡萄干,撒手讓它們下落,并驕傲地宣告這就是引力的作用。但是,如果正在箱子里自由下落的人放開(kāi)了她手中的手機(jī),又會(huì)發(fā)生什么呢?答案是什么也不會(huì)發(fā)生。在箱子里的人看來(lái),手機(jī)不會(huì)下落,而只是簡(jiǎn)單地在身邊漂浮。由于箱子里的一切物體(包括箱子本身)都在自由下落,因此所有的東西都將在半空中漂浮,就好像沒(méi)有引力一樣。

對(duì)身處外面的我們而言,當(dāng)箱子從35層樓的窗外經(jīng)過(guò)時(shí),箱子和它里面所有的東西都在以相同的速度下落(忽略任何空氣摩擦)。引力以同樣的方式影響所有的質(zhì)量——它們?nèi)际且韵嗤募铀俣认侣?。除此之?引力的作用方向也是完全相同的。這一點(diǎn)不同于電場(chǎng)力,我們要先分辨物體上攜帶的是正電荷還是負(fù)電荷,才能判斷出它運(yùn)動(dòng)的方向。但世界上沒(méi)有什么“負(fù)引力電荷”。引力總是產(chǎn)生相互吸引的作用,因此物體絕不會(huì)從地球中心向上運(yùn)動(dòng)。在忽略空氣阻力的情況下,同時(shí)從埃菲爾鐵塔頂端扔下的保齡球、小石塊和干胡椒將同時(shí)落到巴黎的人行道上。站在人行道上的我們,會(huì)看到它們?nèi)肯虻孛婕铀俣鴣?lái),但是對(duì)趴在保齡球頂端的螞蟻來(lái)說(shuō),小石塊和干胡椒只是簡(jiǎn)單地懸浮在它身邊的空氣中。