《弯曲的旅行》第十六节

本节首先说明狭义相对论的时间膨胀效应：运动参照系与静止参照系光速相同，导致运动的钟走得更慢。

本节首先说明狭义相对论的时间膨胀效应：运动参照系与静止参照系光速相同，导致运动的钟走得更慢。物理学家通过观测接近光速的μ子证实了这一效应——μ子静止寿命仅2微秒，正常只能穿行600米，但因高速运动，其寿命在观测者看来延长，实际穿行距离至少远了10倍，从而验证了时间膨胀的真实存在。作者指出狭义相对论是广义相对论和量子场论的基础，但因后文不涉及其具体预言，故转而重点讨论广义相对论。

1907年，爱因斯坦发现狭义相对论有两处疏忽：一是只适用于惯性参照系，未考虑加速参照系；二是尚未推导出适用于任意物质分布的引力场公式。经过1905至1915年的探索，他建立了广义相对论，其核心是等效原理——加速度的作用与引力的作用无法区分。这一原理源于惯性质量与引力质量的相等：惯性质量决定物体对外力的响应（牛顿第二定律F=ma），引力质量决定引力强度，两者原则上应是不同概念，却在数值上相同。由于引力定律与牛顿定律同样依赖质量，计算加速度时质量被抵消，因此同一引力场中所有物体的加速度相同，与质量无关（如伽利略比萨斜塔实验所示）。既然加速度可抵消引力，自由落体中的人便感觉不到引力场——电梯中自由下落的观察者看到抛出的小球不落下，与静止环境无异，其运动方程即惯性系方程。爱因因斯坦由此得出：对从屋顶自由坠落的观察者而言，其邻近范围内不存在引力场。一旦认识到加速参照系中引力可被排除，他便能通过加速系统等效于引力系统来计算引力作用，并由此得出可被实验检验的预言，第一个便是光的引力红移。