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广义相对论是个大而优美的理论。
（上一次我们已讲过狭义相对论，大家有兴趣可以先去查看。没有数学公式，酱子也能看懂相对论）
既然有了狭义相对论，为什么爱因斯坦又弄出个广义相对论来呢？我们说过狭义相对论解决的主要是“空间”和“时间”的问题，而广义相对论主要解决的则是经典物理中”引力“的问题。
在狭义相对论中我们知道，在空间中任何运动的物体包括信息，速度是没法超过光速的。而牛顿当时理解的引力是两个物体之间的超距作用力，这个力是瞬间发生的。
爱因斯坦想，这不科学呀，瞬时发生，那不是超过光速了吗？“人类一思考上帝就发笑”，可是爱因斯坦一思考，牛顿就哭了……
当时困惑爱因斯坦的有两大问题，第一个就是刚才说的，牛顿认为引力是瞬时发生的，就是它的速度可以超过光速，这和狭义相对论是相矛盾的。
如果引力是瞬时发生在两个超距的物体之间的作用力，那么假如太阳消失了，地球却瞬间失去太阳的引力而脱离了运行轨道。这时我们是不是还看到太阳挂在天上!？因为太阳的光传到地球至少需要8分钟，太阳消失了，起码8分钟后我们才感觉得到。这不可思议啊！
哪么引力是如何产生的？这个问题也成了爱因斯坦思考广义相对论的导火线。
另外一个问题是，和相对性原理定义的范围有关。狭义相对论中的“相对性原理”是说：在惯性系下(匀速直线运动或静止状态下），物理定律都是一样的。
爱因斯坦想，为什么相对论就只能在惯性系下才能成立？我们平时感受最多的还有加速度呢？加速度不仅有大小，还有方向的改变，火车飞驰、树叶飘落，地球绕着太阳公转，都是加速的。相对论连地球上最常见的加速运动都解释不了，这算什么呀？
相对论可以把加速度也放进来考虑吗？于是爱因斯坦就大胆的把相对性原理推广一下，改成：在所有的坐标系下，物理定律都是一样的。这就叫“广义的相对性原理”。
于此，爱因斯坦把之前的相对论称作“狭义相对论”以将它与更强大的“广义相对论”区分开来。
大胆假设，小心求证，这才符合科学的精神。要想把”加速度“和”引力“纳入相对论去考虑，爱因斯坦要做的工作非常多。当他把这个想法告诉他的老朋友普朗克时，普朗克警告他说：首先，你不会成功，其次，即使你成功了，谁也不会相信你！
爱因斯坦从此就削尖了脑袋在想这些问题：
假如你在一个箱子里，下面有一个加速度的火箭把箱子往上推，你会感觉脚下箱子在托着你，这跟我们站在地面是有什么区别吗？
如果我们坐在一辆加速往前的列车上，我们靠着车箱的身子有一个推背的力，这个力和平时我们躺在床上受到的力有区别吗？
我们坐在转盘里，旋转时我们也觉得有一个外推的力（转盘不断的在改变方向，也属于在做加速度运动）。那么这个力和我们坐在地上受到的力有区别吗？
爱因斯坦做了很多实验发现，没有什么区别。我们静止在地面上时感觉到的力是由引力产生的，而上面的思想实验中感觉到的力是由加速度运动产生的，这两种力并没有什么区别。
再来看一个思想实验。如果我们在一个以自由落体往下坠落的箱子里，因为箱子和人都以相同的加速度一起坠落（中学的物理课告诉我们，加速度都是9.8米每秒），所以脚底感觉不到有箱子的存在。我们会感觉到“失重”，就是感觉不到地球的引力了。
还有太空站是绕着地球做圆周运动的，是在做加速动动，而在太空站上的人也感觉不到引力的。
是引力消失了吗？在箱子里的我们和太空站距离地球还没有到脱离引力的范围，其实，引力并没有消失，而是引力被加速度抵消了！
爱因斯在加速度状态下做了很多实验，而这些实验和在匀速直线动和静止状态下做的实验性质是一样的。这个发现告诉我们，不论是匀速的还是加速的运动，在加速的无引力场与非加速的有引力场的坐标系下，物理定律都是一样的。
引力产生的力和加速度产生的力一样酱子，在自由落体运动中，加速度又可以抵消了引力。自由落体跟匀速直线运动，跟静止时没有什么区别。这些都是巧合吗？
别人可能认为是巧合，而爱因斯坦却不这么想，他得出了有洞见的结论：加速度和引力是一样的，它们没有任何区别！
这就是等效性原理。它等于是说“惯性质量=引力质量“。爱因斯坦说，别问为什么，这个世界就是这样子。
爱因斯坦在狭义相对论中得出了”光速不变“这一洞见，在广义相对论中又得出了“加速度和引力是一样的”这个洞见。我相信，只有他才会有那么大的脑洞。
这个”等效性原理“就成了爱因斯坦研究广义相对论中引力定律的基础。
引力和加速度是等效的，这种深层次的联系，只有爱因斯坦才敢去想。引力本来是个神秘莫测，让人捉摸不定的概念，而加速度虽然比匀速运动复杂一些，但它是具体而实际的。这种联系让爱因斯坦获得了从运动的认识去理解引力。
是这个认识，让爱因斯坦把引力和“时空的弯曲”联系了起来。
爱因斯坦最终发现，数学家黎曼于1854年所创立的非欧几何这一数学工具足以用来描述时空的弯曲。
在黎曼非欧几何之前，数学是建立在欧几里得几何基础之上的。欧几里得几何是一种建立在平面上的几何。比如平面上三角型的内角和等180度。然而，黎曼的非欧几何认为在曲面中，三角型的内度角可能大于或小于180度。
同样，如果是圆，在平面中，周长与直径的比等于圆周率。而在非欧几何中，在曲面中的圆，周长与直径的比可能大于或小于圆周率。如果小于圆周率则曲面是一个圆形，如果大于圆周率同则曲面是一个马鞍形。如图：
球面上的圆（b）的周长比平面上（a）的更短，而马鞍面上的圆（c）的周长更长，尽管三个圆的半径是一样的。
接着我们来看一个思想实验：回想一下，物体的加速指的是要么改变速度大小，要么是改变运动方向。为了简单起见，我们来看物体方向改变时的加速度是如何弯曲时空的。
这种运动，大家最熟悉的是游乐场上的转盘。假设转盘最边上都是密封的铁壁。在转盘高速旋转的时候，转盘最边上的周边是转得最快的。这时，如果有一个人在用尺子去量这个旋转中圆的周长的话，周长会有什么变化呢？
尺子沿着转环运动的方向，长度缩短了。尺子在径向支架上，与运动方向垂直，所以长度没有缩短
从狭义相对论中，我们知道，运动中的物体空间变短，那么在转盘上，圆最边上的人的尺子就会变短，所以它量出来的圆的周长就变长了。而转盘的直径是垂直于运动方向的，所以直径长度不变。
周长变长，直径不变，那么周长与直径的比就大于圆周率。刚才我们从非欧几几何中得知，周长与直径的比大于圆周率时，应该是个马鞍形的曲面。这说明了转盘在旋转时有弯曲了空间！
我们举例的只是一种特殊的加速运动，但是爱因斯坦证明了，在所有的加速运动中，空间都是弯曲的。实际上，加速度不仅导致空间的弯曲，也导致类似的时间的弯曲（这个实验我们就省了）。
加速度能让时空弯曲，加速度与引力是等效的——爱因斯坦脑洞大开，他揭开了引力的“黑箱”秘密：引力是由于时空的弯曲而造成的。
我们把时空想象成一个二维平面的蹦床，蹦床上有球的地方都变得弯曲了。小质量的物体会跌落到大质量物体弯曲的时空当中。
我们说的”跌落“其实并不是一下掉进去的，而是小质量物体沿着时空弯曲的测地线一圈圈转下去的。只是在小尺度上我们没有看得出来而已。
这里解释一下测地线。物体在自然状态下，是沿着阻力最小、距离最短的路线运动的，在平面的话就是直线运动。如果是在曲面酱子，那么这条线就不是一段直线了，而是一段弯曲的线。
就比如在地球上，从广州到北北京，最短的线不可能挖一条地洞过去，但是仍然存一条在地球平面上最短的线路。比如下图中两点之间最短最直的线，就是大圆的一段。
哪怕不是球面，各种复杂曲面上，也都有这种“最直的线”，我们统一称之为“测地线”。
就像地球为什么绕着太阳转呢？牛顿告诉你的是，因为太阳对地球有一个引力。但是广义相对论说，因为太阳把周围的时空弯曲得比较厉害，地球是沿着这个弯曲时空的地测线运动，所以看上去就是绕着太阳在转。
我们上面举的二维蹦床的例子，只是为了更加直观而已，其实我们的空间是三维的，加上时间就是四维。在这个四维时空上，物体弯曲时空的样子就很难描述了，大家可以自已脑补一下。
爱因斯坦总结出来的广义相对论，简单来说就是两句话：
一、一个有质量的物质，会弯曲它周边的时空。这叫“物质告诉时空如何弯曲”。
二、在不受外力的情况下，一个物体总是沿着时空中的测地线运动。这叫“时空告诉物质如何运动。
广义相对论，数学的推导的过程是非常复杂的（这个大家自已去补），而它的理论是非常简洁的。其实广义相对论比狭义相对论还容易理解，但是它非常之深刻而优美。
从广义相对论预测出来的效应，说出来恐怕每一个都会吓掉你的下巴。水星进动、星光弯曲、引力透镜、引力波、黑洞、宇宙的膨胀和宇宙大爆炸……这些都是相对论的宝贵“遗产”，下面我们就来看这些广义相对论的伟大预言。
因为之前已有详细写过一些，所以这里就不再累述了，点击蓝色字体可看详情：
水星进动：水星近日点进动是什么鬼？每一百年偏移43弧秒让天文学家抓狂
星光弯曲：星光经过太阳时竟被弯曲了一丢丢，爱因斯坦算出是偏折了1.47弧秒
引力波：发现引力波，就能找到外星人吗？
宇宙的膨胀：宇宙70亿年前减速膨胀，70亿年后却加速膨胀，膨胀可以超光速吗？
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