在这里,我们与其亦步亦趋地跟随爱因斯坦从狭义相对论走到广义相对论,不如强调一些能帮助我们理解最终结论的关键突破点。第一个关键性的突破很快就降临了。在1907年,当爱因斯坦正思考如何修改牛顿引力定律时,他构造了一个假想实验(或思维实验),并尝试分析如果某个人从房顶上自由下落,将感受到什么样的引力作用。他所给出的答案是这个人感受不到任何引力。换句话说,自由下落的人或事物处在一种零引力场的状态中(参考系)。
老实说,这听上去有点可笑。很显然,我们知道人下落是因为引力,所以爱因斯坦怎么可以宣称他们感受不到任何引力呢?为了理解这个观点,我们不妨和实验者以及她的随身物品,再一起下落一段时间。我们假设自由下落的人得不到外来的任何暗示——比如她在一个大箱子里面,仅能看到箱子内那些随她一起自由下落的东西。(我们不妨忽略掉这个实验在箱子撞向地面时那不幸的结局,并且假设这个下落过程足够长,以至于她有充分的时间四处张望,并进行一些小实验。)
当您问一个八岁的孩子什么是引力时,他们会捡起手边的石块、毛绒兔子或是葡萄干,撒手让它们下落,并骄傲地宣告这就是引力的作用。但是,如果正在箱子里自由下落的人放开了她手中的手机,又会发生什么呢?答案是什么也不会发生。在箱子里的人看来,手机不会下落,而只是简单地在身边漂浮。由于箱子里的一切物体(包括箱子本身)都在自由下落,因此所有的东西都将在半空中漂浮,就好像没有引力一样。
对身处外面的我们而言,当箱子从35层楼的窗外经过时,箱子和它里面所有的东西都在以相同的速度下落(忽略任何空气摩擦)。引力以同样的方式影响所有的质量——它们全都是以相同的加速度下落。除此之外,引力的作用方向也是完全相同的。这一点不同于电场力,我们要先分辨物体上携带的是正电荷还是负电荷,才能判断出它运动的方向。但世界上没有什么“负引力电荷”。引力总是产生相互吸引的作用,因此物体绝不会从地球中心向上运动。在忽略空气阻力的情况下,同时从埃菲尔铁塔顶端扔下的保龄球、小石块和干胡椒将同时落到巴黎的人行道上。站在人行道上的我们,会看到它们全部向地面加速而来,但是对趴在保龄球顶端的蚂蚁来说,小石块和干胡椒只是简单地悬浮在它身边的空气中。
