惯性质量与引力质量

质量扮演着两个看似毫不相干的角色。惯性质量是一个物体抗拒被加速的顽固程度——用同样的力去推一辆装满货物的车和一辆空车，重的那辆加速得更慢。引力质量是一个物体对引力响应的强弱——引力把它拉得多用力，以及反过来它把别的东西拉得多用力。没有任何显而易见的理由说这两个数应该相等：一个关乎不愿移动，另一个关乎与引力的耦合。

然而在自然界中，它们以惊人的精度相等，而这种相等带来一个美丽的后果：一切物体以相同的速率下落。较重的物体受到更强的引力拉扯，但它们抗拒加速的程度也恰好按同样的比例更大，于是这两个效应相互抵消，在真空中同时落下的一根羽毛和一柄锤子会同时着地——正如阿波罗 15 号宇航员在没有空气的月球上著名地演示过的那样。伽利略在几个世纪以前就为此辩护过；这有时被称为自由落体的普适性。

这种相等不是一个无足轻重的巧合——它是等效原理、乃至整个广义相对论赖以建立的基础。正因为每个物体对引力的响应与它抗拒加速的程度步调完全一致，一个自由下落的参考系才能一次性地为所有东西抹去引力，而这恰恰让我们能把引力当作几何、而非一种力来处理。实验不断以越来越锐利的精度检验它：扭秤实验和太空任务 MICROSCOPE 已把这种相等确认到优于 10^15 分之一；任何微小的违背，都将是通往爱因斯坦之外新物理的线索。