在開了解廣義相對(duì)論的關(guān)鍵特點(diǎn)之前，我們必須假定一件事情：狹義相對(duì)論是正確的。這也就是說，廣義相對(duì)論是基于狹義相對(duì)論的。如果后者被證明是錯(cuò)誤的，整個(gè)理論的大廈都將垮塌。
為了理解廣義相對(duì)論，我們必須明確質(zhì)量在經(jīng)典力學(xué)中是如何定義的。
質(zhì)量的兩種不同表述：
首先，讓我們思考一下質(zhì)量在日常生活中代表什么?！八侵亓俊保渴聦?shí)上，我們認(rèn)為質(zhì)量是某種可稱量的東西，正如我們是這樣度量它的：我們把需要測(cè)出其質(zhì)量的物體放在一架天平上。我們這樣做是利用了質(zhì)量的什么性質(zhì)呢？是地球和被測(cè)物體相互吸引的事實(shí)。這種質(zhì)量被稱作“引力質(zhì)量”。我們稱它為“引力的”是因?yàn)樗鼪Q定了宇宙中所有星星和恒星的運(yùn)行：地球和太陽間的引力質(zhì)量驅(qū)使地球圍繞后者作近乎圓形的環(huán)繞運(yùn)動(dòng)。
現(xiàn)在，試著在一個(gè)平面上推你的汽車。你不能否認(rèn)你的汽車強(qiáng)烈地反抗著你要給它的加速度。這是因?yàn)槟愕钠囉幸粋€(gè)非常大的質(zhì)量。移動(dòng)輕的物體要比移動(dòng)重的物體輕松。質(zhì)量也可以用另一種方式定義：“它反抗加速度”。這種質(zhì)量被稱作“慣性質(zhì)量”。
因此我們得出這個(gè)結(jié)論：我們可以用兩種方法度量質(zhì)量。要么我們稱它的重量（非常簡(jiǎn)單），要么我們測(cè)量它對(duì)加速度的抵抗（使用牛頓定律）。
人們做了許多實(shí)驗(yàn)以測(cè)量同一物體的慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量。所有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都得出同一結(jié)論：慣性質(zhì)量等于引力質(zhì)量。
牛頓自己意識(shí)到這種質(zhì)量的等同性是由某種他的理論不能夠解釋的原因引起的。但他認(rèn)為這一結(jié)果是一種簡(jiǎn)單的巧合。與此相反，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)這種等同性中存在著一條取代牛頓理論的通道。
日常經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證了這一等同性：兩個(gè)物體（一輕一重）會(huì)以相同的速度“下落”。然而重的物體受到的地球引力比輕的大。那么為什么它不會(huì)“落”得更快呢？因?yàn)樗鼘?duì)加速度的抵抗更強(qiáng)。結(jié)論是，引力場(chǎng)中物體的加速度與其質(zhì)量無關(guān)。伽利略是第一個(gè)注意到此現(xiàn)象的人。重要的是你應(yīng)該明白，引力場(chǎng)中所有的物體“以同一速度下落”是（經(jīng)典力學(xué)中）慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量等同的結(jié)果。
現(xiàn)在我們關(guān)注一下“下落”這個(gè)表述。物體“下落”是由于地球的引力質(zhì)量產(chǎn)生了地球的引力場(chǎng)。兩個(gè)物體在所有相同的引力場(chǎng)中的速度相同。不論是月亮的還是太陽的，它們以相同的比率被加速。這就是說它們的速度在每秒鐘內(nèi)的增量相同。（加速度是速度每秒的增加值）
引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量的等同性是愛因斯坦論據(jù)中的第三假設(shè)
愛因斯坦一直在尋找“引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等”的解釋。為了這個(gè)目標(biāo)，他作出了被稱作“等同原理”的第三假設(shè)。它說明：如果一個(gè)慣性系相對(duì)于一個(gè)伽利略系被均勻地加速，那么我們就可以通過引入相對(duì)于它的一個(gè)均勻引力場(chǎng)而認(rèn)為它（該慣性系）是靜止的。
讓我們來考查一個(gè)慣性系K’，它有一個(gè)相對(duì)于伽利略系的均勻加速運(yùn)動(dòng)。在K 和K’周圍有許多物體。此物體相對(duì)于K是靜止的。因此這些物體相對(duì)于K’有一個(gè)相同的加速運(yùn)動(dòng)。這個(gè)加速度對(duì)所有的物體都是相同的，并且與K’相對(duì)于K的加速度方向相反。我們說過，在一個(gè)引力場(chǎng)中所有物體的加速度的大小都是相同的，因此其效果等同于K’是靜止的并且存在一個(gè)均勻的引力場(chǎng)。
因此如果我們確立等同原理，兩個(gè)物體的質(zhì)量相等只是它的一個(gè)簡(jiǎn)單推論。 這就是為什么（質(zhì)量）等同是支持等同原理的一個(gè)重要論據(jù)。
通過假定K’靜止且引力場(chǎng)存在，我們將K’理解為一個(gè)伽利略系，（這樣我們就可以）在其中研究力學(xué)規(guī)律。由此愛因斯坦確立了他的第四個(gè)原理。
愛因斯坦的第四假設(shè)是其第一假設(shè)的推廣。它可以這樣表述：自然法則在所有的系中都是相同的。不可否認(rèn)，宣稱所有系中的自然規(guī)律都是相同的比稱只有在伽利略系中自然規(guī)律相同聽起來更“自然”。但是我們不知道（外部）是否存在一個(gè)伽利略系。
這個(gè)原理被稱作“廣義相對(duì)論原理”
死亡電梯
讓我們假想一個(gè)在摩天大樓內(nèi)部自由下落的電梯，里面有一個(gè)蠢人。 這人讓他的表和手絹同時(shí)落下。會(huì)發(fā)生什么呢？對(duì)于一個(gè)電梯外以地球?yàn)閰⒄障档娜藖碚f，表、手絹、人和電梯正以完全一致的速度下落。（讓我們復(fù)習(xí)一下：依據(jù)等同性原理，引力場(chǎng)中物體的運(yùn)動(dòng)不依賴于它的質(zhì)量。）所以表和地板，手絹和地板，人和表，人和手絹的距離固定不變。因此對(duì)于電梯里的人而言，表和手絹將呆在他剛才扔它們的地方。
如果這人給他的手表或他的手絹一個(gè)特定的速度，它們將以恒定的速度沿直線運(yùn)動(dòng)。電梯表現(xiàn)得象一個(gè)伽利略系。然而，這不會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。遲早電梯都會(huì)撞碎，電梯外的觀察者將去參加一個(gè)意外事故的葬禮。
現(xiàn)在我們來做第二個(gè)理想化的試驗(yàn)：我們的電梯原離任何大質(zhì)量的物體。比如，正在宇宙深處。我們的大蠢蛋從上次事故中逃生。他在醫(yī)院呆了幾年后，決定重返電梯。突然一個(gè)生物開始拖動(dòng)這個(gè)電梯。經(jīng)典力學(xué)告訴我們：恒力將產(chǎn)生恒定的加速度。（對(duì)于非常高速的情況這條規(guī)律不適用。因?yàn)橐粋€(gè)物體的質(zhì)量隨速度增加而增大。在我們這個(gè)試驗(yàn)中我們假定它是正確的。）由此，電梯在伽利略系中將有一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)。
我們的天才傻瓜呆在電梯里讓他的手絹和手表下落。電梯外伽利略系中的人認(rèn)為手表和手絹會(huì)撞到地板上。這是由于地板因其加速度而向它們（手絹和手表）撞過來。事實(shí)上，電梯外的人將會(huì)發(fā)現(xiàn)表和地板以及手絹和地板間的距離以相同的速率在減小。另一方面，電梯里的人會(huì)注意到他的手表和手絹有相同的加速度，他會(huì)把這歸因于引力場(chǎng)。
這兩種解釋看起來似乎一樣：一邊是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)，另一邊是一致的運(yùn)動(dòng)和引力場(chǎng)。
讓我們?cè)僮鲆粋€(gè)實(shí)驗(yàn)來證明引力場(chǎng)的存在。一束光通過窗戶射在對(duì)面的墻上。我們的兩位觀察者是這樣解釋的：
在電梯外的人告訴我們：光通過窗戶以恒定的速度（當(dāng)然了?。┭匾粭l直線水平地射進(jìn)電梯，照在對(duì)面的墻上。但由于電梯正在向上運(yùn)動(dòng)，所以光線的照射點(diǎn)應(yīng)在此入射點(diǎn)稍下的位置上。
電梯里的人說：我們處于引力場(chǎng)中。由于光沒有質(zhì)量，它不會(huì)受引力場(chǎng)的影響，它會(huì)恰好落在入射點(diǎn)正對(duì)的點(diǎn)上。
噢！問題出現(xiàn)了。兩個(gè)觀察者的意見不一致。然而在電梯里的人犯了個(gè)錯(cuò)誤。他說光沒有質(zhì)量，但光有能量，而能量有一個(gè)質(zhì)量（記住一焦耳能量的質(zhì)量是：M=E/C2）因此光將有一個(gè)向地板彎曲的軌跡，正象外部的觀察者所說的那樣。
由于能量的質(zhì)量極?。–2＝300，000，000×300，000，000），這種現(xiàn)象只能在非常強(qiáng)的引力場(chǎng)附近被觀察到。這已經(jīng)被證實(shí)：由于太陽的巨大質(zhì)量，光線在靠近太陽時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。這個(gè)試驗(yàn)是愛因斯坦理論（廣義相對(duì)論）的首次實(shí)證。
從所有這些實(shí)驗(yàn)中我們得出結(jié)論：通過引入一個(gè)引力場(chǎng)我們可以把一個(gè)加速系視為伽利略系。將其引伸，我們認(rèn)為它對(duì)所有的運(yùn)動(dòng)都適用，不論它們是旋轉(zhuǎn)的（向心力被解釋為引力場(chǎng)）還是不均勻加速運(yùn)動(dòng)（對(duì)不滿足黎曼（Riemann）條件的引力場(chǎng)通過數(shù)學(xué)方法加以轉(zhuǎn)換）。你看，廣義相對(duì)論與實(shí)踐處處吻合。