在被称为“爱因斯坦奇迹年”的1905年中，爱因斯坦在德国《物理年鉴》上发表了论文《论动体的电动力学》，就是这样一篇未引用任何参考文献的开创性文章，已经开始敲开了相对性时空的大门。
《论动体的电动力学》中译版
爱因斯坦在这篇后来被称为狭义相对论的论文中，对于任何问题的探讨，都是建立在惯性参考系上的，即匀速运动的观察者。这样的观察者是感觉不到自己在运动的，它们彼此都觉得自己是“静止”的而其它观察者是运动的。
但是加速运动的观察者感觉却是不一样的，它们可以完全不需要借助于其它观察者的运动，就可以判断出来自己是否在做加速运动。例如当你在开车时，一脚油门踩下去的结果就是你自己会因汽车的急加速而被死死地摁在座椅的靠背上，或者当你快速过弯时你会明显感觉到自己的身体在安全带的保护下朝弯侧倾甩的趋势。这种加速参考系上必定会出现的力被我们形象地称为惯性力。
地面引力与加速火箭中的惯性力是等价的
在逐渐将注意力转移到加速运动上来以后，天才的爱因斯坦在1907年的一天，得到了一生中最令他感到兴奋的思想——加速运动所受到的惯性力与引力在本质上是等价的。这就是本文的主题——等效原理。
在这篇文章中，我们并不遵循爱因斯坦的论证次序，而试图完全从惯性参考系与逻辑论证的角度来引出等效原理，因为这样的方式不但更容易讲明白等效原理，也会使逻辑变得更加清晰。
仅仅从相对运动能找到惯性参考系吗？
其实很多读过狭义相对论的读者，都会想到这个问题——怎样寻找惯性参考系？我们知道，在狭义相对论发表之后，经典物理学中的“以太”概念已经彻底被抛弃了，这也意味着牛顿的绝对时空观被打破了。在宇宙中我们不可能找到也压根不存在一个终极的纯粹空间式的参考系，对于运动的讨论更不可能离开与其它客体的相对性。
运动的相对性示例图
我们会发现，如果单纯从相对运动的角度来判断，永远无法确定一个参考系就是惯性参考系，哪怕一个时空局部的惯性参考系。因为认定任意一个参考系A是惯性参考系，就必须存在一个确定的惯性参考系B，使得A、B间具有匀速或静止的相对运动。这时，认定A为惯性参考系的问题则全部转移给了对于B的认定，对于B的认定又会全部转移给对于C的认定，一直这样循环下去，导致对于任意一个参考系是否属于惯性参考系的问题无法得到最终的结果。
找到不受力的参考系等价于找到了惯性参考系
结合上面对于惯性力的讨论，我们可以清楚地意识到，虽然不可能仅从相对运动出发找到惯性参考系，但是我们只要找到一个完全不受力（惯性力）的参考系，就可以认为找到了惯性参考系，而受不受力完全是可以从观察者自身出发去分辨出来的。
惯性力示例图
由于加速参考系上的惯性力绝不可能属于电磁力等（因为例如电磁力对于中性粒子来说是不会引起作用力的，而惯性力对任意客体来说都具有普适性），因此我们尝试在引力作用下寻找不受力的参考系，这样的参考系一旦找到，逻辑上就能通过相应的加速运动在其上获得普适性的引力。
我们在地面某一确定的高度处找到一点Z，朝地球的重心O作出一条直线，由牛顿引力定律可知，直线ZO上每一点处的引力强度（重力加速度）都是不一样的，哪怕变化量非常小。如果我们选取的是一截完全与ZO重合的一维刚体（不具有任何形变的一维客体），那么这个刚体沿着ZO自由落体（不考虑任何阻力如空气阻力等）的过程中肯定不可能完全不受引力的作用，因为在刚体的一维线度上引力作用是不一致的，而刚体中每一部分仅仅只能以同样的加速度下落。
自由落体示意图
以上的讨论指出，我们能找到的在自由落体的过程中可以完全不受力的观察者只能是一个点（0维客体）。可以想象一个点状粒子，在地面一定高度处不考虑任何其它阻力的情况下做自由落体运动，这个点状观察者的“视线”在完全集中于自身的情况下，是完全不能分辨出来自己是处于静止或是匀速运动的状态的，它自身就完全定义出了一个完美的惯性参考系。
点状惯性参考系的加速运动与引力的等价
在上述点状的惯性参考系上，由于引力完全被消除了，再结合引力的普适性，我们可以有把握地认为，只有加速运动在深层次的本质上与引力有着某种等价性，点状观察者在地面上方的加速运动才能完全消除引力对它的作用。而我们也可以想象，假定点状观察者一开始仍然处于相同的位置，这时将地球完全从空间中摘除掉（不考虑其它一切引力对观察者的作用），我们同样可以让点状观察者朝相反的方向适当地匀加速运动而产生出来与点状观察者停留在初始位置时感受到的完全相同的力。也就是说，惯性力可以在局部完全消除引力，可以“模拟”出引力的局部效果。
球体表面的局部参考系（坐标系）
通过上述论证，我们清晰地发现加速参考系上的惯性力与引力是完全等效的，而引力场中自由运动的点状粒子是可以完全消除局部的引力的，自由下落的点状粒子形成的惯性参考系仅仅能作为引力场中的局部惯性参考系。
普通加速参考系上的惯性力与引力在分布上的不同
由于引力遍布整个宇宙，因此严格意义上来讲，没有哪个完整的参考系（相对于点状参考系而言）是惯性参考系。但是我们在生活中经常可以将一些相对静止不动的、较大的客体近似为惯性参考系。例如地面由于在较小的范围内是平的，我们可以认为它在水平方向上就是一个足够好的惯性参考系。
在一辆匀速行驶在平整的高速公路上的大巴车内，我们认为其在水平方向上是一个足够近似的惯性参考系。当司机突然一脚踩下刹车时，假定刹车的制动效果是均匀的，那么在车厢内这个突然加速（制动）的参考系上，惯性力的分布是怎样的？
很明显的感受就是，你坐在前排与坐在后排所感受到的使你向前冲的惯性力是一样大小的。从这一点上可以看出，匀加速参考系上的惯性力分布在参考系所有位置上都是相同的，这就好像将引力场中某一点的引力均匀放大到整个参考系上来。
而在一个很大的平面匀速转盘中，很容易想象，接近转轴的地方惯性力（向外的离心力）是比较小的，远离转轴的地方惯性力是比较大的。在这样的旋转加速参考系上，水平方向的惯性力分布是由内向外逐渐增强的，而垂直方向上是均匀分布的，它仍然与引力场中引力的分布不同。
等效原理的意义
可以这样说，没有等效原理，爱因斯坦不会对引力作出任何比牛顿更深刻的解释！等效原理将加速运动的参考系与引力联系在了一起，使得我们可以通过时空的几何结构来解释引力，这个思想正是大多数物理学家都梦寐以求的“灵感之光”！
本文以另一种逻辑角度对等效原理进行介绍与论证，希望可以帮助到更多的读者喜欢上物理学。