自由落體

自由落體是只在重力作用下的運動，沒有任何其他東西推你或托住你。降落傘打開前的跳傘者、從樹枝上掉落的蘋果、繞地球運行的太空人，都處於自由落體之中。令人驚訝的特徵是它的感受：失重。在一部下墜的電梯裡你會飄浮起來，從手中鬆開的球會停在你身旁，傾倒的一杯水也不會灑出——因為一切都以相同的速率一起下落。

這正是等效原理發揮作用之處。如果重力對不同物體的拉扯各不相同，你在下落的箱子裡就能感覺到它。但事實並非如此：每個物體都同步地向下加速，所以相對於箱子，重力乾脆消失了。這個自由下落的房間，在局部上，就如同一個遠離任何恆星、在空曠太空中漂流的房間。這就是為什麼繞軌運行的太空人感覺不到重力，儘管地球對他們的拉力幾乎和在地面上一樣強——他們和太空船正在一起下落，繞著地球一圈又一圈地不停「錯過」地面。

在廣義相對論中，這改變了「自然」運動的含義。在日常物理裡我們說，不受干擾的物體沿直線勻速運動，而重力是一種把它從那條路徑上扳彎的力。愛因斯坦把這一切翻轉過來：自由落體本身就是不受干擾、無外力的運動狀態。一個自由下落的物體沿著穿越彎曲時空的最直路徑前進，這條路徑稱為測地線。我們感覺為「重力」、把我們壓進椅子的那種力，其實是地板把我們從天然的自由落體路徑上推開。