愛因斯坦時代的實(shí)驗(yàn)條件無法使他親眼目睹這一效果。但在今天的航天飛機(jī)或空間站中圍繞地球飛行的宇航員們,都在身體力行地做著自由落體運(yùn)動。盡管他們的運(yùn)動方向平行于地球表面,但在地球引力的吸引下,他們時刻都在朝著地心自由下落。在推進(jìn)航天飛機(jī)入軌的引擎提供的初始速度下,航天飛機(jī)或空間站得以在地球引力的作用下沿一條彎曲的軌道運(yùn)行。雖然這個曲線軌道使航天飛機(jī)能保持距地球表面的高度,但它仍然在做自由落體運(yùn)動。因此,我們從電視屏幕上看到的那些牙膏、水或太空服手套在航天飛機(jī)中漂浮的圖像,正是愛因斯坦假想實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中的體現(xiàn)。

對愛因斯坦來說,認(rèn)識到一個自由下落的人無法分辨出她到底是由于引力下落,還是處在引力為零的地區(qū),意味著這兩種情況是完全等價的。如果沒有辦法區(qū)分你是在經(jīng)歷零引力還是在自由下落,那么這兩個狀態(tài)在物理上必須是等效的,且物理法則必須相同。愛因斯坦在1907年的重要突破,就是體會到引力正是連接兩個相對加速或相對減速的參考系時的關(guān)鍵一環(huán)。他的第一個廣義相對論公式的基礎(chǔ)就是引力和(均勻)加速度的等效假設(shè),這一假設(shè)被稱為等效性原理。

等效性原理為愛因斯坦提供了一個他一直以來致力于尋找的理解引力的窗口。引力也許是一個謎,但加速度卻是我們知道如何處理的東西。

既然這仍然是相對論理論,那么接下來的問題就是,加速度究竟是相對于哪個參考系而言的?換句話說,當(dāng)一個蘋果從樹上落下時,在我看來是蘋果向地面加速——但加速的究竟是我還是蘋果?狹義相對論聲明在宇宙中沒有絕對的速度——也就是說沒有辦法定義一個絕對靜止的人或物體,也不可能找到一個絕對的零速度。然而,挑選一個特別的加速度卻是可能的。我們可以把一個在引力作用下自由下落的人(或者蘋果、火箭、飛船、行星,等等)定義為具有零加速度。由于它們正在體驗(yàn)無外力的狀態(tài),因此自然就沒有加速度。零加速度意味著它們既不加速也不減速,將以一個恒定的速度運(yùn)動。這個狀態(tài)恰恰是我們在狹義相對論中所討論的情況。因此,所有的物理定律必須依然成立。