匀速运动的火车和加速运动的火车，物理规律相同吗？为什么？

广义相对论告诉我们，所有参考系下的物理规律都是相同的。

按照这种说法，无论是惯性参考系，还是非惯性参考系，所表现出来的物理规律都应该是没有区别的，事实真是如此吗？所谓惯性参考系，可以理解为静止或匀速运动的参考系，如果一个参考系正在进行加速运动，那么它则是非惯性参考系。比如现在有两列火车，一辆正在匀速行驶，而另一辆在进行加速运动，那么前者就是惯性参考系，而后者则是非惯性参考系。

这两列火车上的物理规律真的是一样的吗？表面上看起来显然是不一样的。

比如我们在匀速行驶的火车上松手一块石头，这块石头会垂直下落，可如果我们在进行加速运动的火车上松手一块石头，它的下落轨迹绝不是垂直于地面的，而是朝向斜下方的。如此，我们还能说两列火车遵循着相同的物理规律吗？广义相对论真的是正确的吗？广义相对论当然是正确的，“所有参考系下的物理规律都是相同的”这句话也不会有任何问题。因为我们根本没有办法把不同的参考系区别开来，说得通俗一点，就是在现实世界没有办法区分惯性参考系和非惯性参考系。

静止或匀速运动的物体就是惯性参考系，这句话是有前提的，就是这个物体首先必须是位于一个静止或匀速运动的物体之上。

举个例子，比如我们在一列匀速行驶的火车上匀速骑自行车，那么这辆自行车是惯性参考系，但如果我们在一列加速行驶的火车上匀速骑自行车，这辆自行车可就不是惯性参考系了。同样的，火车在地球上行驶，地球的运动是匀速的吗？太阳系的运动是匀速的吗？银河系的运动是匀速的吗？以此类推，在更大的尺度上我们没有办法确定，所以其实也没有办法确定火车是不是惯性参考系。

既然惯性参考系和非惯性参考系根本没有办法进行区分，将二者区别看待也就没有意义。

所以狭义相对论所说的“所有惯性参考系下的物理规律都相同”是存在缺陷的，而广义相对论将这一缺陷修复了，不再区分惯性参考系和非惯性参考系，所有参考系下的物理规律都相同。既然所有参考系下的物理规律都相同，那么在匀速行驶的火车上和加速行驶的火车上，投掷石子为什么会产生不同的运动轨迹呢？

这就要提出另一个概念了，即等效原理。

现在让我们思考一个问题，如果一个人在睡梦中被人从高楼上扔下来，此时这个人惊醒但却并未睁开眼睛，他能确定自己正在向下坠落吗？并不能。因为这种加速下落会给人来带一种失重的感觉，让人感觉自己似乎在向上飘，所以只要不睁开眼睛，是没有办法判断自己到底是在下落，还是在上浮。

为什么会这样呢？因为引力场等效于参考系具有一个反向的加速度。

也就是说一个人在向下坠落时的加速运动会产生一个与之方向相反的“力”，这个“力”与引力是等效的，所以二者相互抵消了，于是就会出现失重的感觉。回到火车的问题上来，在加速运动的火车上扔石头，石头会向前加速运动，于是就会产生一个等效的方向引力，也就是说这个时候石头即受到一个向下的引力作用，又受到了一个向后的引力作用，自然也就会向斜下方坠落了。所以在匀速运动的火车上和在加速运动的火车上扔石头，虽然石头的运动轨迹不同，但所遵循的物理规律是一样的。