什么是广义相对论？

相对论最终是关于观察者的等价的。也就是说，不管观察者的运动如何，物理定律对所有观察者都是一样的。

当我们把这个原理应用到我们在19世纪就已经知道的物理上时，我们马上就遇到了一个问题。麦克斯韦的电磁理论告诉我们，电磁波（光、无线电波等）以固定的速度传播。但如果波对你来说以一定的速度传播，而我追逐这些波，它们对我来说不应该以不同的速度传播吗？

为了说明为什么这是一个问题，想想火车上的乘客和他读的书。当火车驶过时，我们站在铁轨旁，书以高速从我们身边驶过。但从乘客的角度看，他手里的书根本没有动。事实上，如果火车行驶得很平稳，而他没有往窗外看，他甚至可能不知道火车正在开动。或者是地球在火车下面向后移动？有什么区别呢？你怎么知道？

这一点伽利略已经知道了。是的，相对论的原理就这么古老。但光的行为并不像这本乘客手册。如果在火车上和在地面上的电磁定律是相同的，那么在测量一束给定的光线时，无论我们自身的运动如何，我们都应该测量相同的速度。伽利略相对论无法解释这一点。

爱因斯坦的洞察力是改变规则。伽利略相对论“有意义”，但自然并不关心什么对我们人类有意义或没有意义。所以，让我们从数据出发，简单地假设这些“参考系”（火车、地面）相互关联，它们保持一定的速度（恰好是真空中的光速）不变。事实证明，这是可以做到的。由此产生的转换是怪异的，不是直观的，但数学上是自我一致的，与现实一致的。

这是考虑匀速运动的参照系。也就是说，参考系之间以恒定的速度相对运动。但这还不够普遍。爱因斯坦对描述任意参考系感兴趣，包括那些加速的观察者。

这是另一个重要的认识，这是关于万有引力。万有引力是普遍的。这意味着，除非有什么东西（比如空气阻力）挡道，否则所有物体都会以相同的速度下落。这一点伽利略也已经知道了。（伽利略是个聪明人。）

但如果所有物体都以同样的速度下落，而我是其中之一，我会看到什么？我可以看到附近的物体要么在我附近漂浮要么以恒定的速度相对于我移动。换句话说，如果我在高空，周围有一堆物体在下落，而我看不见地面，我就无法知道我是真的在下落，还是在真空中自由漂浮。（同样，忽略空气。）

这是很重要的！这意味着，从数学上讲，通过改变几何形状，引力可以被“关闭”。这就意味着，一个涉及加速运动几何的理论，必然也要考虑到万有引力。据报道，这是爱因斯坦“一生中最幸福的想法”。

这意味着，如果我们扩展相对论，使其效应可以从一个位置到另一个位置，从一个时刻到另一个时刻，来处理加速运动，我们必然也要描述重力。所以相对论的推广自然也是引力理论的扩展。

这是一条通往爱因斯坦自己所称的“广义理论”的道路。一旦数学形式主义完成，理论发表，之前的“特殊”案例，只处理匀速运动被称为“狭义相对论”。