牛顿第一定律即惯性定律告诉我们，在做匀速直线运动的惯性系中，物体在不受外力的情况下或者静止或者做匀速直线运动，这早已是一条检验过无数次的真理。假如现在我们坐在一个匀速直线运动的火车上，拉上窗帘，你感觉不出车在动，你自己坐得很稳，地板上放一个小球，也稳稳地停在那里，就是说都保持一个静止状态。这时突然来一个急刹车，你向前跌了一下，球也向前滚去。你和球都没有受到什么外力呀，为什么会改变这种静止状态呢？难道牛顿的惯性定律不适用了吗？对，就是不适用了，牛顿这条定律只适用于匀速直线运动的惯性系。刚才火车一刹车，参照系已经变成非惯性系了。这就像我们在前面讲过的“黑体辐射”问题一样，瑞利公式只适用于较长的波长、较高的温度，反之就立即失灵，现在惯性定律一到非惯性系也就立即失灵了。那么能不能像普朗克导出一个两全其美的公式那样，也有一个既适应惯性系又适应非惯性系的办法呢？爱因斯坦正是想到了这一点，于是他要把适用于匀速直线运动的相对论推广到在非惯性系也能适用，这就是广义相对原理。
狭义相对论是从人们习以为常的“同时”，即绝对时间观上找见突破口的，广义相对论也在一个人们司空见惯的问题上找见了突破口。比如手里拿着一粒石子，一松手，石子直线下落。这可以有两个解释：一是地球的吸引，就是说石子有引力质量；二是石子自由落体，有惯性质量。这在牛顿定律里分成两条来表达，但是这两个质量怎么这样一致呢？看来它们的效果是一样的，这就是“等效原理”。
说起这个原理还有一段故事。1913年夏天，爱因斯坦邀请居里夫人到瑞士来度假，他们带着两家人的孩子高高兴兴地登上了阿尔卑斯山。脚下白云缭绕，深谷千仞，孩子们高兴地喊着、叫着。突然，爱因斯坦一把抓住居里夫人的手臂说道：“要是我们坐着升降机从山谷底上来，突然吊索断了，会有什么感觉呢？”
居里夫人先是吃了一惊，然后笑道：“我想您不会让我们现在就来亲身试验一下吧。”
爱因斯坦笑了，孩子们也都哈哈大笑起来。这就是那个有名的“爱因斯坦升降机”实验，虽没有谁亲身去试，但是其中的道理却完全能想得出来。假如有一个升降机处在宇宙空间，你站在里面就会失重，身体飘在空中。这时升降机开始以刚好等于重力加速度的9.8m/S2匀速直线上升，你就会恢复质量，重新站在了地板上。换一个方法，升降机下降，降到地面时你也会恢复质量，站在地板上。前一种情况人受到惯性力，后一种情况人受到引力，只要加速系的加速度等于引力场强度（都是9.8m/S2），惯性力场就等于引力场，也就是说是等效的。因为人被关在升降机里是根本区分不出是哪种力产生作用的。根据同样的道理，这个升降机里不是坐着人，而是一粒向斜上方抛出的匀速直线运动的石子，那么这石子也会改变方向而成抛物线弯曲下落。如果是一条平行射入的光线，这光线也会弯曲向下。
好了，爱因斯坦那天天马行空的思维立即又推出下一步极重要的结论。既然惯性力场和引力场是等效的，那么这个实验就不必非在加速的升降机里做不可了，在任何引力场中都会发生这种光线弯曲的现象。既然星球有引力能使周围的时空弯曲，连“引力”这个概念也不必要了——好个爱因斯坦，他在狭义相对论里开除了“以太”，在广义相对论里又要开除“引力”，将牛顿时空观、经典力学彻底改造了。他解释道，地球绕太阳转动不是什么引力，是因为太阳巨大的质量使周围时空弯曲，地球只能按曲线运动。同样，开普勒给众星制定的那些轨道也都能这样解释，牛顿万有引力公式做的那些计算也都可以用这个理论去解释。难怪波恩称广义相对论是：“认识自然的人类思维最伟大的成就，哲学的深奥、物理学的洞察力和数学的技巧最惊人的结合。”
