愛因斯坦的第四假設(shè)是其第一假設(shè)的推廣。它可以這樣表述：自然法則在所有的系中都是相同的。不可否認，宣稱所有系中的自然規(guī)律都是相同的比稱只有在伽利略系中自然規(guī)律相同聽起來更“自然”。但是我們不知道(外部)是否存在一個伽利略系。這個原理被稱作“廣義相對論原理”。

愛因斯坦電梯

讓我們假想一個在摩天大樓內(nèi)部自由下落的電梯，里面有一個蠢人。這人讓他的表和手絹同時落下。會發(fā)生什么呢?對于一個電梯外以地球為參照系的人來說，表、手絹、人和電梯正以完全一致的速度下落。(讓我們復(fù)習(xí)一下：依據(jù)等同性原理，引力場中物體的運動不依賴于它的質(zhì)量。)所以表和地板，手絹和地板，人和表，人和手絹的距離固定不變。因此對于電梯里的人而言，表和手絹將呆在他剛才扔它們的地方。

如果這人給他的手表或他的手絹一個特定的速度，它們將以恒定的速度沿直線運動。電梯表現(xiàn)得像一個伽利略系。然而，這不會永遠持續(xù)下去。遲早電梯都會撞碎，電梯外的觀察者將去參加一個意外事故的葬禮。

我們來做第二個理想化的試驗：我們的電梯遠離任何大質(zhì)量的物體。比如，正在宇宙深處。我們的大蠢蛋從上次事故中逃生。他在醫(yī)院呆了幾年后，決定重返電梯。突然一個生物開始拖動這個電梯。經(jīng)典力學(xué)告訴我們：恒力將產(chǎn)生恒定的加速度。(由于一個物體的質(zhì)量隨速度的增加而增大，所以為了產(chǎn)生恒定的加速度，所加的恒力也必須隨質(zhì)量的增大而增大。當物體的速度接近光速時，物體的質(zhì)量將趨于無限大。)由此，電梯在伽利略系中將有一個加速運動。

我們的天才傻瓜呆在電梯里讓他的手絹和手表下落。電梯外伽利略系中的人認為手表和手絹會撞到地板上。這是由于地板因其加速度而向它們(手絹和手表)撞過來。事實上，電梯外的人將會發(fā)現(xiàn)表和地板以及手絹和地板間的距離以相同的速率在減小。另一方面，電梯里的人會注意到他的手表和手絹有相同的加速度，他會把這歸因于引力場。

這兩種解釋看起來似乎一樣：一邊是一個加速運動，另一邊是一致的運動和引力場。

讓我們再做一個實驗來證明引力場的存在。一束光通過窗戶射在對面的墻上。我們的兩位觀察者是這樣解釋的：

在電梯外的人告訴我們：光通過窗戶以恒定的速度(當然了!)沿一條直線水平地射進電梯，照在對面的墻上。但由于電梯正在向上運動，所以光線的照射點應(yīng)在此入射點稍下的位置上。

電梯里的人說：我們處于引力場中。由于光沒有質(zhì)量，它不會受引力場的影響，它會恰好落在入射點正對的點上。

噢!問題出現(xiàn)了。兩個觀察者的意見不一致。然而在電梯里的人犯了個錯誤。他說光沒有質(zhì)量，但光有能量，而能量有一個質(zhì)量(記住一焦耳能量的質(zhì)量是：M=E/C^2)因此光將有一個向地板彎曲的軌跡，正象外部的觀察者所說的那樣。

由于能量的質(zhì)量極小(C^2=300，000，000×300，000，000)，這種現(xiàn)象只能在非常強的引力場附近被觀察到。這已經(jīng)被證實：由于太陽的巨大質(zhì)量，光線在靠近太陽時會發(fā)生彎曲。這個試驗是愛因斯坦理論(廣義相對論)的首次實證。

結(jié)論

從所有這些實驗中我們得出結(jié)論：通過引入一個引力場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(zhuǎn)的(向心力被解釋為引力場)還是不均勻加速運動(對不滿足黎曼(Riemann)條件的引力場通過數(shù)學(xué)方法加以轉(zhuǎn)換)。你看，廣義相對論與實踐處處吻合。

上述例子取自“L'évolution des idées en Physique”愛因斯坦和Leopold Infeld著。