为什么一大一小两个铁球能同时落下？为什么爱因斯坦说引力是个幻觉？为什么在黑洞里连光也无法逃逸。

众所周知，相对论是有狭义和广义之分。这个“狭义”究竟是什么意思。狭义相对论的建立起初是源自于一个物理学界的危机。当时的人们一直在寻找一个答案，光速到底是相对于谁的。而这个问题一直等到18年后爱因斯坦长大了才给解决。

爱因斯坦说：既然不知道，那不如就接受吧。他认为光速在所有坐标系下都是不变的，并由此提出了相对性原理。他说的是：一切匀速、直线运动或者静止的坐标系下，物理定律都是一样的，而光速不变也包括在其中。紧接着，爱因斯坦基于这个相对性原理，将牛顿体系中除了万有引力以外的所有物理定律全部重新推了一遍。由于这一切都是基于光速不变，所以在爱因斯坦推导出来的新的公式里，基本上所有东西都跟光速有关。然后就有了我们熟知的各种离谱的效应，比如运动物体的时间会变慢，长度会缩短，质量会增加。

说了这么多，狭义相对论一直在说的是匀速、直线运动或者静止的坐标系，也叫惯性性。但是在现实中根本找不到真正绝对的惯性性。毕竟在真正的物理世界中，引力场几乎无处不在。由于只适用于惯性系，所以他把自己的路就走窄了。所以他就只能叫狭义。但是，爱因斯坦肯定是无法接受自己的理论永远只适用于理想环境的。于是，爱因斯坦继续往下想：是不是可以把相对性原理再推广一下，将其改为“在所有的坐标系下，物理定律都是一样的”。这是对相对性原理的广义延伸。从惯性系推广到非惯性系，这个思路可以说是充满了哲学的味道，也展现出了爱因斯坦征服宇宙万物底层规律的雄心壮志。

但是想要完成这一壮举也绝非易事。首先，爱因斯坦必须先弄清楚：这个万有引力到底是怎么一回事。在牛顿之前，人们因为无法理解宇宙天体的运转，为何能做到如此的规律。因此认为万事万物皆由神来控制。而牛顿之后，人们才知道天地间存在着万有引力，星辰运转皆有依可循。

而当科学家通过万有引力精准计算出太阳系存在着海王星和冥王星时，万有引力的地位曾一度登上了物理学界的巅峰，不可撼动。天地玄黄，宇宙洪荒，日月盈仄，辰宿列张。不管是我们熟悉的潮汐现象，还是藏在太阳系深处的行星都逃不出万有引力的手掌心。毫不夸张地说，万有引力的出现为人类建立起了理解天地万物的信心。它使得人们不再盲目崇拜神明，并相信自我拥有改变世界的力量。正如诺贝尔物理奖获得者冯劳厄所说：“没有任何东西像牛顿引力理论对行星轨道的计算那样，如此有力地建立起人们对物理学的尊敬”

既然万有引力已经如此的深入人心，为什么爱因斯坦却还想要进一步搞清楚引力呢？让爱因斯坦开始对引力的本质产生怀疑的是因为这样一个思想实验：假设。当一个人在自由落体的电梯里，他就会感觉到失重。但是这种失重感和他在没有任何引力、无比空旷的外太空有什么差别呢？牛顿可能会说，这显然不一样。一个是加速运动，一个是匀速直线运动，或者禁止他们连受理分析都不一样。但爱因斯坦说：当我身处那样的环境，不管我做什么实验，我都无法判断出这两者之间能有什么差异。这次你可能会站在爱因斯坦这一边，因为就凭我们的感觉来说，这两个场景看起来好像确实没什么区别。但是仔细想想却好像又有点不对劲。

我来问大家一个问题：为什么在一个加速自由落体的电梯里，你会感觉和空旷的外太空一样？聪明的小朋友可能会说，这还不简单，我们在物理课上学到过：地球上所有物体的重力加速度都是一样的，都是9.8米每平方秒。所以电梯里的东西都是相对静止的。所以你就感觉不出来。那为什么电梯里所有物体的重力加速度都一样呢？因为物理课上还学到过：物体受到的引力和它们的质量成正比，并且根据牛顿第二定律，加速度又等于受到的力除以质量。两者相消，所以就跟质量无关了。不知道同学们有没有注意到，我们这里一共提到了两个质量。一个是牛顿第二定律公式中的质量，一个是万有引力公式中的质量。事实上，虽然都叫质量，但其实他们是两个完全不同的概念。

在日常生活中，如果你想测量一个物体的质量，直接把它放到称上称一下就行了。我们从小就会称自己的体重，比如在超市、菜市场里买菜，买糖果也都是这样称的。为什么用秤可以称出质量？因为秤的原理是受到了物体的重力所带来的压力，所以我们可以测出来它所受到的万有引力。然后我们再根据重力加速度反推出它的质量。我们把这种质量称为引力质量，而这种方式一旦离开引力，其实就不管用了。所以引力质量只是用来表征物体在引力场中所受到的引力大小的一个物理量。

那牛顿第二定律中的质量又是什么呢？大家都是质量，还能不一样吗？当然不一样。在学校时，你肯定记得物理老师花了很大的篇幅讲惯性这个概念。比如你坐在一辆汽车上，汽车突然刹车，所有的人都会往前倾，这就是惯性。又比如你发现衣服上有很多灰尘，你可以用手把它拍下来，这也是利用了灰尘的惯性。

惯性是牛顿力学里很重要的一个概念。牛顿第一定律又叫惯性定律：物体如果不受力，就不会改变运动状态。而第二定律其实就是对惯性的一个量化，通过它可以计算出一个物体的质量。而这个质量就叫做惯性质量。所以，惯性质量是表征物体运动状态改变快慢的一个物理量。一个是引力的大小，一个是运动状态变化的快慢。惯性质量决定了力怎么给物体带来加速度。注意这里包括了任何形式的力，比如计算电磁力所带来的加速度，或者计算手的推力带来的加速度都是用的惯性质量来算。这里面跟引力并没有天生的关系。

引力质量仅仅是引力的一个性质，决定了一个物体受到的引力大小，也就是重量。这两个东西除了名字里都带有质量以外，彻彻底底是两个完全不同的概念。重量是个指向地面方向的东西，而你容不容易推动一个胖子，那是一个水平方向的概念。加速度可以是任何力在任何方向的结果，而引力可是只有一个方向。爱因斯坦曾经说过一句非常有名的话，用来区分这两种质量之间的差异：地球以重力吸引石头而对其惯性质量毫无所知，地球的召唤力与其引力质量有关，而石头所回答的运动则与其惯性质量有关。

但是你可能会说，那为什么我们在学校里做物理题的时候，都是直接把他们约掉了呢？物理学家们做了无数次实验，包括牛顿的单摆实验，以及所有人都在课本上学过的但实际上并没有真实发生的比萨斜塔实验。甚至还专门跑去月球上做了铁球和羽毛下落速度的对比实验，结果都是惯性质量精确地等于引力质量。我们不知道为什么这个世界是这样的，但是它就是这样的。所以绝大多数的物理老师为了不影响你做题，应该不会告诉你这两个质量其实是完全不同的概念。而你能把他们约去也仅仅是因为，一个数值上的巧合。不知道大家曾经是否怀疑过这一点，不知道曾经有没有那么一瞬间，你突然觉得直接把这两个质量约去的做法好像有点不太靠谱。如果有，那我要恭喜你了，你已经具备了成为一名优秀科学家的素质。

总之，对于惯性质量为什么正好等于引力质量这个问题，物理学家们能给出的最好解释，就是纯属巧合。但爱因斯坦可不会接受巧合这个说法。爱因斯坦认为，惯性质量和引力质量的相等一定有着更深层次的原因。于是乎，爱因斯坦又开始发挥他的天才物理直觉了，他大胆地提出惯性质量和引力质量是等价的。这其实就是广义相对论的出发点。他是爱因斯坦的一个断言，在任何局部实验中，引力和加速运动无法区分。这句话叫做等效原理。

他的意思其实和惯性质量等于引力质量是等效的。爱因斯坦说：“别问我为什么，这个世界本来就是这样的。你以为自己是被关在地球上一个封闭的房间里，但事实上你可能已经被外星人挟持到了一个加速运动的飞船上。你以为自己正在空间站享受着加速自由落体，但事实上，你可能已经被丢在了没有任何引力的外太空。如果是这样，当你在地面上时，你确实能感觉到引力，但只要你随便做个自由落体运动，引力好像就消失了。

一个东西如果是真实存在的，怎么会在静止坐标系下看就有，而在加速坐标系下看就没有了呢？而且，爱因斯坦要求的是物理定律不管在什么坐标系下都得是一样的。因此，我们的结论就只能是：所谓的引力其实只是我们的一个幻觉。既然引力是个幻觉，那为什么我们在地面上站久了会感觉到累？为什么一个相对于地面静止的苹果，会突然从树上加速掉下来呢？如果引力不存在，那到底是什么东西让我们产生了引力的幻觉？