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图3-1 研究广义相对论时的爱因斯坦
爱因斯坦反复考虑狭义相对论遇到的两个基本困难：①惯性系无法定义；②万有引力定律纳不进相对论的框架。他想，既然惯性系无法定义，不如就抛开惯性系，把自己的理论建立在“任意参考系（包括非惯性系）”的基础之上；把原来的相对性原理：“物理规律在一切惯性系中都相同”推广为“物理规律在一切参考系中都相同”。他把后者称为广义相对性原理，以别于原来的相对性原理。这样做确实躲开了定义惯性系的困难，但又产生了新的困难：非惯性系与惯性系不同，它有惯性力存在。如何处理惯性力呢？爱因斯坦想到了牛顿的水桶实验，以及牛顿和马赫对惯性力起源的不同看法。