说起这个原理还有一段故事。1913年夏天爱因斯坦邀请居里夫人到瑞士来渡暑假。他们带着两家人的孩子高高兴兴地登上了阿尔卑斯山。脚下白云缭绕,深谷千仞,孩子们高兴地喊着、叫着。突然,爱因斯坦一把抓住居里夫人的手臂说道:“要是我们坐着升降机从山谷底上来,突然吊索断了,会有什么感觉呢?”
居里夫人先是吃了一惊,然后笑道:“我想您不会让我们现在就来亲身试验一下吧。”
爱因斯坦笑了,孩子们也都哈哈大笑起来。这就是那个有名的“爱因斯坦升降机”实验,虽没有谁亲身去试,但是其中的道理却完全能想得出来。假如有一个升降机处在宇宙空间,你站在里面就会失重,身体飘在空中。这时升降机开始以刚好等于地面重力加速度9.8米/秒^2匀速直线上升,你就会恢复重量,重新站在了地板上。换一个方法,升降机下降,降到地面时你也会恢复重量,站在地板上。前一种情况人受到惯性力,后一种情况人受到引力,只要加速系的加速度等于引力场强度(都是9.8米/秒^2)惯性力场就等于引力场,也就是说是等效的。因为人被关在升降机里是根本区分不出是哪种力生成作用的。根据同样道理,这个升降机里不是坐着人,而是一枚向斜上方抛出的匀速直线运动的石子,那么这石子也会改变方向而成抛物线弯曲下落。如果是一条平行射入的光线,这光线也会弯曲向下。
好了,爱因斯坦那天马行空般的思维立即又推出下一步极重要的结论。既然惯性力场和引力场是等效的,那么我这个实验就不必非在加速的升降机里做不可了,在任何引力场中都会发生这种光线弯曲的现象。既然星球有引力能使周围的光线、空间、时间弯曲,那就可以直接表述为星球的质量使周围的时空弯曲,连“引力”这个概念也不必要了。——好个爱因斯坦,他在狭义相对论里开除了“以太”,在广义相对论里又要开除“引力”,将牛顿时空观、经典力学彻底改造了。他解释道,地球绕太阳转动不是什么引力,是因为太阳巨大的质量使周围时空弯曲,地球只能按曲线运动。同样,开普勒给众星制定的那些轨道也都能这样解释,牛顿万有引力公式作的那些计算也都可以用这个理论去解释。
难怪波恩称广义相对论是:“认识自然的人类思维最伟大的成就,哲学的深奥、物理学的洞察力和数学的技巧最惊人的结合。”
这个伟大的理论是爱因斯坦在研究完狭义相对论后又经过十年的思考于1916年最后完成并公布的。与实验物理学家在实验室里具体操作不同,爱因斯坦是做着“思维实验”。对他来说宇宙是一个实验室,那些星球简直如伽利略手中的一粒石子,如法拉第手中的一块磁铁,他将以往别人都认为是正确的最不怀疑的结论一起拿到这个最广大的实验室里一一验证。他不用像玛丽.居里那样住在烟熏火缭中炼镭,也不用像卢瑟福那样去费力地打碎原子,他将自己关在书房里,展开思想的翅膀,尽情地想着“爱因斯坦升降机”的运动。这正中了郭沫若先生在科学大会上的那句祝词:“科学家也需要幻想,不要以为幻想只是文学家的事。”不过文学家所幻想的是比真实生活更离奇的情节,更完整的形象;而科学家所幻想的是比常见的现象更本质的规律,更抽象的公式。
经过这样冥想了十年之后,有一天爱因斯坦穿着睡衣走下楼来吃早饭,但是他对着盘碗却不动刀叉。夫人爱丽莎以为他病了,忙用手试试他的额头,问他什么地方不舒服。爱因斯坦拉着她的手说:“不,亲爱的,我有一个奇妙的想法。”说罢,他使走到钢琴边弹起琴来,弹几下,又停下来自语一句:“一个好想法,真是一个美妙的想法!”