如果說狹義相對論是愛因斯坦撿了别人的果實，裝在了自己的籃子裡，那麼廣義相對論則完全是愛因斯坦自己一個人的思想成果。

如果說愛因斯坦不提出狹義相對論，很快就會有人發現這個理論，但如果沒有愛因斯坦，廣義相對論不知何時會出現在人們面前。

足以見得，廣義相對論才是愛因斯坦最大的成就，也是人們認識自然的一次偉大勝利，當廣義相對論發表以後，愛因斯坦才名譽全球，成為了可以比肩牛頓的科學巨人。

那麼在說廣義相對論之前，我們首先要知道的是，為什麼愛因斯坦要創立廣義相對論，他的動機是什麼？

因為在愛因斯坦當時所處的環境中，量子論才是當時研究的主流，而且愛因斯坦也是量子論的創立者之一，他為什麼不随主流，而另辟蹊徑去研究引力。

好，我們開始今天的正題。

愛因斯坦的困惑。

我們知道在狹義相對論中，有這樣一個基本假設，所以的物理定律在慣性系下保持邏輯形式和數學形式不變，這是狹義相對論的基礎。

而在非慣性系下，物理定理将發生改變，比如你在非慣性系下做自由落體的實驗，小球就不是垂直落下，而是會受到一個和加速度方向相反的慣性力的影響，下落的軌迹會變成一個曲線。

由于這個慣性力的存在，你不論做任何實驗，得到的結果都會受到慣性力大小的影響。所以狹義相對論跟牛頓力學一樣，回避了非慣性系，選擇了簡單的慣性參照系，不去考慮非慣性系下的物理狀态。

但是愛因斯坦深知，他的狹義相對論和牛頓力學有同樣的痛處，這個之前我們講過，就是你無法準确的定義慣性系，當你描述一個慣性系的時候，會說一個不受力的參考系會做慣性運動，它就是慣性系，那麼什麼是不受力？做慣性運動的參考系就不受力。

很明顯，這樣的循環論證導緻了慣性系無法定義，牛頓為了解決這個問題，引入絕對空間，說，相對于絕對空間做慣性運動的參考系就是一個慣性系。

但是愛因斯坦不能這麼幹，因為他的狹義相對論否定了絕對空間和時間，而且認為運動是相對的，不存在絕對靜止的物體。

因此狹義相對論發表以後，愛因斯坦清楚他的理論基礎（慣性系）有問題。

所以在這之後，愛因斯坦根本沒有時間顧得上什麼量子論，他一直在思考一個問題，慣性系真的存在嗎？慣性系為什麼這麼特殊？為什麼它就可以淩駕于非慣性系之上？

先說慣性系真的存在嗎？答案是否定的！你看，在地球上做勻速直線運動的物體，其實它的運動并非是直線，因為地球本身就是彎曲的。

那麼地球自身是慣性系嗎？很明顯也不是，它在自轉還在公轉，太陽系呢？銀河系呢？都不是。你在宇宙中找不到一個真正的慣性系，即使是漂浮在宇宙空間中的流浪行星，它也會受到其他天體引力的影響，所以慣性系存粹就是我們理想出來的參照系。

而現在的物理定律卻建立在這個虛無渺茫的基礎之上，狹義相對論隻适用于勻速、和沒有引力的世界，無法考慮有引力和加速度存在時候的物理狀态。

而真實的世界都是非慣性運動。所以愛因斯坦必須抛棄慣性系，他認為物理定律應該是普适的，不應該會因為觀察者運動狀态的改變而發生改變，因此他需要将狹義相對論推廣到非慣性運動中去，解決因為引力和加速度的存在，而帶來的長期困擾。

愛因斯坦具體是怎樣，将物理定律推廣到所有的參照系下保持不變，這個我們下節課再說。這是非常重要的一步，也是一個非常重要的思想。

下面我們接着說，愛因斯坦創立廣義相對論的另外兩個動機。

首先狹義相對論否定了超光速的信息傳遞，認為宇宙中的任何相互作用的極限速度為光速，但是，牛頓的引力理論和數學形式貌似并不限制引力的作用速度。

從牛頓引力方程中，我們很容易産生這樣的錯覺，認為引力是一個瞬時超距的作用力，這樣的作用方式，就會破壞現實的因果性。

比如，太陽突然消失，地球瞬間就會飛離太陽系，但是太陽消失的光線8分鐘以後才會達到地球，我們才能獲得太陽消失的這個事件的信息。

如果引力是超距作用力，我們會看到太陽明明在天空中待得好好的，但地球卻不知為何不受控制地飛離了太陽系。

這是很明顯的違反了因果律，地球飛出去的結果就會出現在太陽消失這個原因之前。

所以牛頓引力和狹義相對論不兼容。我們需要從理論和數學上消除這種超距作用的可能。

其次，除了超距作用以外，愛因斯坦對牛頓引力方程的改造也勢在必行。因為狹義相對論出來以後，相對性原理就成為了一個檢驗物理理論數學形式的範本。

說白了就是，任何物理定律的數學形式必須滿足洛倫茲變化下不變的性質，這個基本原理目前看來是正确的，已經成為了物理學中定理中的定理。

隻要有一個理論的數學形式不滿足洛倫茲協變性，那麼這個理論就需要被改造，你看，牛頓力學不符合，經過改造以後成為了相對論力學；

麥克斯韋方程組不需要改造，因為人家天生就滿足洛倫茲協變性，就拿量子力學中的薛定谔方程，也有相對論版本的，稱為狄拉克方程。

很明顯，牛頓引力理論的數學形式并不符合洛倫茲協變性，所以改造它勢在必行。

這就是愛因斯坦創立廣義相對論的動機，從狹義相對論發表以後的十年間，愛因斯斯坦全身心的投入到了将狹義相對論推廣到非慣性系的工作中，根本沒有時間例會量子力學的發展。

好了，今天的内容就到這裡，下節課我們說，愛因斯坦如何處理困擾他的引力和加速度問題。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!