广义相对论是如何被爱因斯坦构建出来的？
学过大学物理的同学都明白狭义相对论有个基础，那就是狭义相对性原理，也就是说物体的运动是相对的，其取决于参照物的选取，这一点和初中物理学是一样的。狭义相对论和牛顿力学都对相对性原理没有异议，大家也保持了高度的一致性！
中学的我们一直认为牛顿力学很完美了，基本可以解决地球上所有力学问题。但是看似强大的牛顿力学遇见一个很简单的问题就被打趴下了。这就是相对性原理惹的祸。
举个事例，小明现在站在路上不动，而小红驾车匀速经过了小明的旁边。现在小明把小红作为了参照物，并认为小红静止，而自己运动了。而小红把自己作为参照物，并认为小明在运动。在牛顿力学中，这样的推理是完全正确的。可倘若此刻小红紧急刹车了，小红会感受到了明显的减速，身体并冲向车窗，好像有个力拉着她冲向前方（惯性作用，这里的力就是假想的惯性力）。那么为什么是自以为是静止的小红感受到了“力”，而不是自以为是运动的小明感受到“力”呢？
回顾一下初中参照物概念
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这个问题很简单，初中生都可以发问的。即便面对如此简单的质疑，强大的牛顿力学都不能给出完美的解释。牛顿力学这么强大的巨人也有如此脆弱的一面。当然这个问题不仅牛顿力学解决不了，狭义相对论依旧无法解释！爱因斯坦也就是在对类似的问题深入思考后，逐步才引出了广义相对论的基本思想！
耐高温防爆玻璃在爱因斯坦所在的那个年代，人们已经知道了电场，磁场，也明白了电磁场是统一的。电力和磁力的作用就是通过场来实现的，场就是一种物质作用到另一种物质上的中介。因此当时大多数物理学家是不相信隔空取物这种超距作用的。当然牛顿也一样，不过牛顿是意识不到引力作用的中介是场，因为他认为的中介是以太！ 我现在问大家一个问题，并给出两种不同时代的回答：分别是200年前的人的答案和1907年的爱因斯坦回答！
半导体胶水我问你：“苹果为啥会落地，而不是往天上落”。200年前的人认为这是因为地球有吸引力啊，这是万有引力。如果你继续提问“万有引力是超距作用吗？”他们继续回答：当然不是啦，因为宇宙各处都充满了以太，以太是引力作用的介质。地球对苹果的吸引力是通过以太传到苹果上的！ 锁接头在1907年的爱因斯坦看来，苹果会落地当然是受到了地球的引力，但是引力作用的介质绝对不是以太，因为以太早就被否定了。在爱因斯坦看来，电磁波也可以传递电磁力，这个看起来也像是引力那样的超距作用，但是电磁力并不是超距作用，电磁力是通过电磁场这种介质传导力的。那么引力是不是也是通过类似于电磁场的场传导引力的？如果是，姑且叫这种场为引力场！
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如果有引力场，那么引力场就应该和电场，磁场有着同样的性质。电荷受力大小由所处位置的电场强度决定。
那么一个物体的引力大小是不是也受引力场强度决定。那么我们就可以得出一个等式，引力=引力质量×引力场强度。 回想高中学的物理，牛顿力学有两种可以直接计算物体的质量，一个是通过加速度来算，也就是牛顿第二定律的F=ma，另一个是万有引力公式。前者我们称之为惯性质量，后者叫引力质量！ 为什么F=ma中的质量叫惯性质量呢？因为给两个不一样的物体施加相同的力，那么它们表
现出的加速度会不一样，这是因为物体的质量差异引起的惯性大小的差异引起的，惯性越大，加速度越小！所以这种质量体现了物体的惯性，所以叫惯性质量！为什么万有引力公式的质量叫引力质量？因为任何物体除了有惯性的特征，还有相互吸引的特征，引力质量的就是物体相互吸引程度的一种量度！
所以说，惯性质量中的质量是物体惯性的度量，引力质量中的质量是物体相互吸引的量度！而在高中的计算中，我们一般默认了引力质量对于惯性质量，我们压根就不区分两者的差别。其实在爱因斯坦那个年代，没有人敢直接断言引力质量就等于惯性质量！
如果我们认为引力是通过场来传递的，姑且叫引力场。
引力场
那么引力的的计算除了牛顿的万有引力公式，那么还可以类比电场场强来计算。我们知道在电场中，电荷所受的力就是电场强度×电荷量。同理在引力场中，物体所受的力=引力场场强度×引力质量。同时我们又知道F=ma，也就是说力=惯性质量×加速度。于是，引力场场强度×引力质量=惯性质量×加速度。加速度=引力质量/惯性质量×引力场强度。
我们都知道，地球表面的重力加速度是个常数，不会因为质量的改变而改变。所以只有引力质量/惯性质量是个常数，自由落体的加速度就只和引力场强度有关，所以地球周围空间的重力加速度就只和引力场场强有关，而地球表面的引力场强度基本没有差别，所以地球表面的重力加速度就基本固定在9.8m/s²左右。
其实早在1889年，匈牙利物理学厄缶试图寻引力质量和惯性质量之间的换算关系，最后得出引力质量和惯性质量等价的结论，但这只是实验上的结果，并没有理论上的验证。其实严谨来说在那时候只能肯定引力质量和惯性质量的比值是个常数，而还有很大一部分物理学默认这个常数就是1，也就是默认了引力质量和惯性质量等价。
这时候，爱因斯坦深思熟虑之后，把引力质量与惯性质量等价作为一个公设，以此才敲开了广义相对论的大门。
在这里不得不佩服爱因斯坦，他完全靠一个人的力量，想出了等效原理这个思想实验。在当时做实验是不可能的，于是爱因斯坦只能依靠其强大的头脑做实验。看完接下来的通俗解释，你也就明白了，为什么时空可以弯曲，光线会在引力场中会弯曲。
我们知道在电场中，电场会对电荷物质作用力。同理，在引力场中，引力场是否也会对有质量的物质作用力？
答案是肯定的，牛顿力学就能告诉我们了！牛顿当年持有光的微粒说，认为光是由极小的实物粒子构成，并具有质量。早在1704年，牛顿就认为具有质量的光粒子经过天体周围会受到引力作用，并发生弯曲。
在爱因斯坦看来，光子的确是粒子，不过光子可不是牛顿眼中的实物粒子，光子是一种量子，是不可再分的粒子。光子是核外电子释放的单位能量，由质能方程可得，能量会变成质量，所以运动的光子是具有质量的，光子同样是会受到引力作用的。所以光线经过天体周围会受到明显的引力作用而导致弯曲。
你看，不管是牛顿还是爱因斯坦都是认为光线会受到引力作用的！不过爱因斯坦对这个问题的认识尤为深刻，爱因斯坦从等效原理的角度重新审视了一遍光线弯曲。
如果你现在站在地面上，掌中平放一颗苹果，你肯定会感受到这颗苹果的重量，这是因为你的手给了苹果一个支撑力，同时苹果还给你手掌一个反作用力。你手掌感受到的这个反
作用力就是苹果的重量。如果你再把手掌中的苹果静止释放掉，你会看到苹果自由落体的下坠。
再看看另一种情况，你现在又乘坐宇宙飞船在太空中飞行，假设你所在的宇宙空间很大范围内都没有大天体的引力干扰。宇宙飞船相对于地球以9.8m/s²的加速度垂直于飞船底部“向上”飞行。你站在飞船内部依旧拿着一颗苹果。
在飞船中拿着苹果的你
当然你和苹果相对于地球而言是和飞船一样都是保持9.8m/s²的加速度运动。你身体的加速度是飞船底部给你施加的支撑力产生的，苹果的加速度是你手掌的支撑力产生的。苹果同时给你手掌一个反作用力，于是你依旧可以感受到苹果的质量。如果你释放了苹果后会看到苹果在飞船内自由落体到底部。
飞船内苹果“自由落体”示意图cellid
这是因为：由于苹果失去了手掌的支撑力，苹果就会依靠惯性运动，而飞船依旧按9.8m/s²的加速度运动，那么飞船底部就会以9.8m/s²的加速度触碰到苹果。而在飞船内的你，往往
把飞船的底部作为参照物，那么看到的景象就是苹果以9.8m/s²下落到飞船的底部。
所以，这个人不管是静止站在地面上，还是坐在飞船里在宇宙深空以9.8m/s²的加速度运动，都会感受到苹果的质量，释放苹果后都会看到自由落体。就好像地球引力对苹果产生自由落体的作用效果和宇宙飞船以9.8m/s²加速度在宇宙深空飞行时产生的作用效果一样（如下图）。
左为以9.8m/s²飞行的飞船，右为地面
如果你拿着这颗苹果又去坐电梯，这时候电梯出事了，电梯的牵引绳断了。不考虑其他因素，我们可以认为电梯只受到地球引力而自由落体。你和手上的苹果也就只受到地球的引力，你们也是自由落体。你们都是以一样的初速度开启自由落体，那么在电梯内部看到的苹果就是漂浮起来的。如果把你放在宇宙深空中，引力场强度为0的地方，那么你和苹果依旧会漂浮在空中。也就是说我们压根就不能在一个封闭的空间中区分一个物体的漂浮起来到底是在重力作用下自由落体，还是这个物体处于宇宙深空中。同理我们也无法区分在一个密闭空间中的物体自由落体是在地球表面上进行的还是在宇宙深空中以9.8m/s²的加速度飞行呢？
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