愛因斯坦是如何將狹義相對性原理，拓展到廣義相對性原理的！

導讀：本文摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》。旨在幫助大家了解物理宇宙科普知識。愛因斯坦是如何將狹義相對性原理，拓展到廣義相對性原理的！此文說的明白。

狹義相對論建立在狹義相對性原理【即在所有慣性系中，物理定律有相同的表達形式。這是力學相對性原理的推廣，它適用於一切物理定律，其本質是所有慣性系平權。】和光速不變原理【任何光線在「靜止的」坐標系中都是以確定的速度c運動著，與光源和觀測者運動無關。】之上。

而廣義相對論建立在等效原理【慣性力場與引力場的動力學效應是局部不可分辨的】和廣義相對性原理【所有的物理定律在任何參考系中都取相同的形式。】之上。

我們可以看出廣義相對論是基於狹義相對論的。如果前者被證明是錯誤的，那麼整個理論的大廈都將垮塌。

早在200年前，伽利略就發現，所有的慣性系，對於表述力學定律都是同樣有效的，平等的，不存在任何特殊的慣性系，這就是說，任何力學實驗都無法辨別慣性系本身的運動狀態。這種運動的相對性，在古典力學中普遍存在，但在麥克斯韋電動力學中不能成立，因為它只適用於靜止的坐標系。這個我上面已經提到過。

因此愛因斯坦意識到要進一步探明這個問題，就必須擴大相對性原理的應用範圍。他將自己的研究領域從慣性系拓展到了非慣性系。而從狹義到廣義相對論相對性原理的的推廣是通過引入一個引力場使得我們可以把一個加速系視為伽利略系。將其引伸，我們認為它對所有的運動都適用，不論它們是旋轉的（向心力被解釋為引力場）還是不均勻加速運動。

廣義相對論是用張量表示的，這是其廣義協變性的體現：廣義相對論的定律——以及在廣義相對論框架中得到的物理定律——在所有參考系中具有相同的形式。並且廣義相對論本身並不包含任何不變的幾何背景結構，這使得它能夠滿足更嚴格的廣義相對性原理：物理定律的形式在所有的觀察者看來都是相同的。

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我認為這個理論是正確的。 那麼愛因斯坦大廈穩固的根本就是「光速不變原理」和「等效原理」了。

在經典力學中，物質有兩種質量。一是慣性質量，二是引力質量。地球表面上的任何一個物體都要受到地球對它的引力，並因此會產生加速度。實驗告訴我們，一切自由落體在引力作用下都具有同樣的加速度。為什麼呢？按照我們的經驗，質量大的應該更快落地。可是如果我們考慮到質量大慣性就大，抵抗加速度的力就更大。所以兩個物體具有同樣的加速度。由此可以推理，引力質量與慣性質量是相等的。但是本質是引力是慣性的源泉。這也是一種正比關係。

牛頓曾經研究過這個問題，但沒有得到理論上的解釋。長期以來，物理學家一直認為兩種質量相等是理所當然的，無需從理論上再加以研究。愛因斯坦經過一段時間認真思索，認識到慣性質量與引力質量相等是解決引力問題的關鍵。以兩種質量相等為基礎，他提出著名的等效原理：一個加速系統所看到的運動與存在引力場的慣性系統所看到的運動完全相同。

愛因斯坦說：完全等效性這一假說，使我們不能說任何參照系有絕對速度一樣，並且它使一切在引力場中等加速下落成為當然的事。在「等效原理」的基礎上，他又進一步提出了「廣義協變原理」：在任何參照系中，物理學規律的數學形式是相同的。就這樣，他把相對性原理從慣性系推廣到非慣性系。而宇宙中物質的引力是慣性的源泉，使得物質具有慣性這一理論，與相對論從慣性系和非慣性系的推廣並不矛盾。反而是相輔相成的。這就是我要表達的觀點。

摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》

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