爲什麽一大一小兩個鐵球能同時落下？爲什麽愛因斯坦說引力是個幻覺？爲什麽在黑洞裏連光也無法逃逸。

衆所周知，相對論是有狹義和廣義之分。這個“狹義”究竟是什麽意思。狹義相對論的建立起初是源自于一個物理學界的危機。當時的人們一直在尋找一個答案，光速到底是相對于誰的。而這個問題一直等到18年後愛因斯坦長大了才給解決。

愛因斯坦說：既然不知道，那不如就接受吧。他認爲光速在所有坐標系下都是不變的，並由此提出了相對性原理。他說的是：一切勻速、直線運動或者靜止的坐標系下，物理定律都是一樣的，而光速不變也包括在其中。緊接著，愛因斯坦基于這個相對性原理，將牛頓體系中除了萬有引力以外的所有物理定律全部重新推了一遍。由于這一切都是基于光速不變，所以在愛因斯坦推導出來的新的公式裏，基本上所有東西都跟光速有關。然後就有了我們熟知的各種離譜的效應，比如運動物體的時間會變慢，長度會縮短，質量會增加。

說了這麽多，狹義相對論一直在說的是勻速、直線運動或者靜止的坐標系，也叫慣性性。但是在現實中根本找不到真正絕對的慣性性。畢竟在真正的物理世界中，引力場幾乎無處不在。由于只適用于慣性系，所以他把自己的路就走窄了。所以他就只能叫狹義。但是，愛因斯坦肯定是無法接受自己的理論永遠只適用于理想環境的。于是，愛因斯坦繼續往下想：是不是可以把相對性原理再推廣一下，將其改爲“在所有的坐標系下，物理定律都是一樣的”。這是對相對性原理的廣義延伸。從慣性系推廣到非慣性系，這個思路可以說是充滿了哲學的味道，也展現出了愛因斯坦征服宇宙萬物底層規律的雄心壯志。

但是想要完成這一壯舉也絕非易事。首先，愛因斯坦必須先弄清楚：這個萬有引力到底是怎麽一回事。在牛頓之前，人們因爲無法理解宇宙天體的運轉，爲何能做到如此的規律。因此認爲萬事萬物皆由神來控制。而牛頓之後，人們才知道天地間存在著萬有引力，星辰運轉皆有依可循。

而當科學家通過萬有引力精准計算出太陽系存在著海王星和冥王星時，萬有引力的地位曾一度登上了物理學界的巅峰，不可撼動。天地玄黃，宇宙洪荒，日月盈仄，辰宿列張。不管是我們熟悉的潮汐現象，還是藏在太陽系深處的行星都逃不出萬有引力的手掌心。毫不誇張地說，萬有引力的出現爲人類建立起了理解天地萬物的信心。它使得人們不再盲目崇拜神明，並相信自我擁有改變世界的力量。正如諾貝爾物理獎獲得者馮勞厄所說：“沒有任何東西像牛頓引力理論對行星軌道的計算那樣，如此有力地建立起人們對物理學的尊敬”

既然萬有引力已經如此的深入人心，爲什麽愛因斯坦卻還想要進一步搞清楚引力呢？讓愛因斯坦開始對引力的本質産生懷疑的是因爲這樣一個思想實驗：假設。當一個人在自由落體的電梯裏，他就會感覺到失重。但是這種失重感和他在沒有任何引力、無比空曠的外太空有什麽差別呢？牛頓可能會說，這顯然不一樣。一個是加速運動，一個是勻速直線運動，或者禁止他們連受理分析都不一樣。但愛因斯坦說：當我身處那樣的環境，不管我做什麽實驗，我都無法判斷出這兩者之間能有什麽差異。這次你可能會站在愛因斯坦這一邊，因爲就憑我們的感覺來說，這兩個場景看起來好像確實沒什麽區別。但是仔細想想卻好像又有點不對勁。

我來問大家一個問題：爲什麽在一個加速自由落體的電梯裏，你會感覺和空曠的外太空一樣？聰明的小朋友可能會說，這還不簡單，我們在物理課上學到過：地球上所有物體的重力加速度都是一樣的，都是9.8米每平方秒。所以電梯裏的東西都是相對靜止的。所以你就感覺不出來。那爲什麽電梯裏所有物體的重力加速度都一樣呢？因爲物理課上還學到過：物體受到的引力和它們的質量成正比，並且根據牛頓第二定律，加速度又等于受到的力除以質量。兩者相消，所以就跟質量無關了。不知道同學們有沒有注意到，我們這裏一共提到了兩個質量。一個是牛頓第二定律公式中的質量，一個是萬有引力公式中的質量。事實上，雖然都叫質量，但其實他們是兩個完全不同的概念。

在日常生活中，如果你想測量一個物體的質量，直接把它放到稱上稱一下就行了。我們從小就會稱自己的體重，比如在超市、菜市場裏買菜，買糖果也都是這樣稱的。爲什麽用秤可以稱出質量？因爲秤的原理是受到了物體的重力所帶來的壓力，所以我們可以測出來它所受到的萬有引力。然後我們再根據重力加速度反推出它的質量。我們把這種質量稱爲引力質量，而這種方式一旦離開引力，其實就不管用了。所以引力質量只是用來表征物體在引力場中所受到的引力大小的一個物理量。

那牛頓第二定律中的質量又是什麽呢？大家都是質量，還能不一樣嗎？當然不一樣。在學校時，你肯定記得物理老師花了很大的篇幅講慣性這個概念。比如你坐在一輛汽車上，汽車突然刹車，所有的人都會往前傾，這就是慣性。又比如你發現衣服上有很多灰塵，你可以用手把它拍下來，這也是利用了灰塵的慣性。

慣性是牛頓力學裏很重要的一個概念。牛頓第一定律又叫慣性定律：物體如果不受力，就不會改變運動狀態。而第二定律其實就是對慣性的一個量化，通過它可以計算出一個物體的質量。而這個質量就叫做慣性質量。所以，慣性質量是表征物體運動狀態改變快慢的一個物理量。一個是引力的大小，一個是運動狀態變化的快慢。慣性質量決定了力怎麽給物體帶來加速度。注意這裏包括了任何形式的力，比如計算電磁力所帶來的加速度，或者計算手的推力帶來的加速度都是用的慣性質量來算。這裏面跟引力並沒有天生的關系。

引力質量僅僅是引力的一個性質，決定了一個物體受到的引力大小，也就是重量。這兩個東西除了名字裏都帶有質量以外，徹徹底底是兩個完全不同的概念。重量是個指向地面方向的東西，而你容不容易推動一個胖子，那是一個水平方向的概念。加速度可以是任何力在任何方向的結果，而引力可是只有一個方向。愛因斯坦曾經說過一句非常有名的話，用來區分這兩種質量之間的差異：地球以重力吸引石頭而對其慣性質量毫無所知，地球的召喚力與其引力質量有關，而石頭所回答的運動則與其慣性質量有關。

但是你可能會說，那爲什麽我們在學校裏做物理題的時候，都是直接把他們約掉了呢？物理學家們做了無數次實驗，包括牛頓的單擺實驗，以及所有人都在課本上學過的但實際上並沒有真實發生的比薩斜塔實驗。甚至還專門跑去月球上做了鐵球和羽毛下落速度的對比實驗，結果都是慣性質量精確地等于引力質量。我們不知道爲什麽這個世界是這樣的，但是它就是這樣的。所以絕大多數的物理老師爲了不影響你做題，應該不會告訴你這兩個質量其實是完全不同的概念。而你能把他們約去也僅僅是因爲，一個數值上的巧合。不知道大家曾經是否懷疑過這一點，不知道曾經有沒有那麽一瞬間，你突然覺得直接把這兩個質量約去的做法好像有點不太靠譜。如果有，那我要恭喜你了，你已經具備了成爲一名優秀科學家的素質。

總之，對于慣性質量爲什麽正好等于引力質量這個問題，物理學家們能給出的最好解釋，就是純屬巧合。但愛因斯坦可不會接受巧合這個說法。愛因斯坦認爲，慣性質量和引力質量的相等一定有著更深層次的原因。于是乎，愛因斯坦又開始發揮他的天才物理直覺了，他大膽地提出慣性質量和引力質量是等價的。這其實就是廣義相對論的出發點。他是愛因斯坦的一個斷言，在任何局部實驗中，引力和加速運動無法區分。這句話叫做等效原理。

他的意思其實和慣性質量等于引力質量是等效的。愛因斯坦說：“別問我爲什麽，這個世界本來就是這樣的。你以爲自己是被關在地球上一個封閉的房間裏，但事實上你可能已經被外星人挾持到了一個加速運動的飛船上。你以爲自己正在空間站享受著加速自由落體，但事實上，你可能已經被丟在了沒有任何引力的外太空。如果是這樣，當你在地面上時，你確實能感覺到引力，但只要你隨便做個自由落體運動，引力好像就消失了。

一個東西如果是真實存在的，怎麽會在靜止坐標系下看就有，而在加速坐標系下看就沒有了呢？而且，愛因斯坦要求的是物理定律不管在什麽坐標系下都得是一樣的。因此，我們的結論就只能是：所謂的引力其實只是我們的一個幻覺。既然引力是個幻覺，那爲什麽我們在地面上站久了會感覺到累？爲什麽一個相對于地面靜止的蘋果，會突然從樹上加速掉下來呢？如果引力不存在，那到底是什麽東西讓我們産生了引力的幻覺？