只有爱因斯坦才能发现的思想：空间是可以弯曲的

　　爱因斯坦在年轻时就已取得众多成就，仅仅是狭义相对论原理就已确保了他在物理学巨人中的地位。狭义相对论使空间和时间的概念得到统一，把动量守恒和能量守恒联系起来，揭示了质量和能量的统一，使物理学大大向前推进了一步。虽然他揭开了自然界中最深层的秘密，但他意识到在他的理论中仍有几处漏洞。这两个新概念之间的关系是什么？更具体地说，在狭义相对论中未予考虑的加速运动的情况又会怎样呢？在引力场中又如何呢？


他的朋友、量子理论的奠基者普朗克告诫年轻的爱因斯坦，引力的问题太难了。普朗克告诉他，说他的野心太大了：“作为一个老朋友我劝你别干它，因为首先你不会成功，即使你成功了，也没人相信你。”然而，爱因斯坦决然前行去揭开引力的秘密。他的重大发现的关键，又是回答只有孩子们才问的问题。

当孩子们乘电梯时，他们有时神情紧张地问：“如果绳子断了会发生什么事呢？”回答是你将处于失重状态，你好像在太空中一样飘浮在电梯中，因为你和电梯是以同样的速率下降。纵然你与电梯都在地球的引力场中加速，你们两者的加速度是一样的，因此你在电梯中好像失去了重量（至少在你到达电梯井底之前是这样）。

1907年，爱因斯坦意识到漂浮在电梯中的人可能会猜想有人神秘地取消了重力。爱因斯坦曾回忆道：“我正坐在伯尔尼专利局的办公椅上时，一个思想突然出现在我脑海中。这个思想就是：‘如果一个人自由下落，那么他将不会感觉到自己的重量。’我被吓了一跳。这个简单的思想给了我很深的印象。它激励着我朝引力理论去发展。”爱因斯坦称它为“我一生中最得意的思想”。

反之，他知道在加速上升的火箭中的人会觉得有一股力把他推向座位，好像有一股引力在拉他。 他得出的结论是，在飞速行进的火箭中加速的人可能会猜想这些力由引力所引起。

从孩子们的这个问题中，爱因斯坦抓住了引力的基本实质：加速参照系中的自然定律等效于引力场中的自然定律。 这个简单的陈述称为等效原理，它对平常人而言不会说明更多的东西，但是一旦到了爱因斯坦手中，它就变成某种字宙理论的基础。

爱因斯坦利用等效原理解决了光束是否会受引力影响这长期存在的问题。通常，这是一个极不寻常的问题。然而，通过等效原理，回答变得显而易见。如果我们在加速的火箭中发出一个闪光，那么光束将弯向地板（因为在光束通过房间的这段时间里，火箭已经在光束下面加速）。因此，爱因斯坦证明引力场也将使光的路径弯曲。

爱因斯坦知道物理学有一条基本原理，即光束将在两点之间走所需时间最少的路径。（这就是所谓的费马最短时间原理。）通常，两点之间所花时间最少的光路是直线，因此光束是直的。（即使当光弯折进入玻璃之中，它仍然遵守最短时间原理。这是因为光在玻璃中速度变慢了，现在光通过空气和玻璃的结合体所花时间最短的路径是折线。这就是所谓的折射，它是制造显微镜和望远镜的基础。) 然而，如果光在两点之间走所花时间最短的路径，而且光束在引力的影响下弯曲，那么两点之间最短的距离就是一条曲线。爱因斯坦被这个结论震惊了：如果光能被观察到以曲线传播，那么这就意味着空间本身是弯曲的。