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加速度计的工作原理和引发爱因斯坦广义相对论的灵感是同一个东西。我们已经了解了狭义相对论，它告诉我们物体运动得越快，它就变得越重，体积缩小，而时间也会为它慢下来。广义相对论讨论的是重力和速度，GPS卫星上的时钟就是一个很好的体现（因为重力越大，时间就走得越慢，而卫星受到的重力远远小于我们在地球上受到的重力）。
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飞行中的科学 加速度对爱因斯坦的启发
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某天，爱因斯坦坐在他伯尔尼专利局的办公室里胡思乱想，一个想法突然闯入他脑海，这个想法后来成为了广义相对论的理论基础。爱因斯坦认识到，自由落体中的人是无法感受到自己的重量的。如果你看过“呕吐彗星”（vomit comet）的视频，你就会明白这一点。呕吐彗星是一架飞机，它冲上高空后急速下降，让舱内乘客体验瞬间失重飞行。如果你想了解更长时间的失重，就看看那些绕着天体轨道飞行的人们吧——比方说，国际空间站里的宇航员。他们飘浮在空中，仿佛轻如尘埃。
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你也许认为这不是一个有说服力的例子，因为空间站是不会下落的。不过事实上，它也在下落。任何绕地球轨道飞行的物体都在下落，不过，它们总是与地球擦肩而过。国际空间站在离地球300千米～400千米之外的轨道中运行，在那儿，地球的引力很小，不过也绝不是零重力。（如果重力为零的话，那离地球更远的月球就会偏离现有的运动轨道了。）但是，像国际空间站这样的轨道卫星保持了一种微妙的平衡。它一边以自由落体的方式朝地球下坠，一边又以足够快的速度向侧面运动（与地球相切的方向），因此，它总是与地球擦肩而过。如果侧面运动的速度太快，空间站就会脱离轨道，飞入太空。如果速度太慢，则将坠回地球。不过，如果速度不快不慢，刚好达到轨道速度，那它将永远环绕着地球转动。
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轨道模拟器
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做这个实验，你需要一副耳机（如果没有，你也可以用一个不重的小物体来代替，将它与绳子一头绑在一起）。握住耳机线的另一头，使耳机位于离你两掌距离之外的地方，然后转动电线让耳机旋转起来。
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这和空间站原理相同，只不过在上面那个实验中，耳机线充当了重力的角色，而重力本身是无形的。耳机（空间站）试图脱离电线的控制，如果没有电线，它将沿着与电线成90度角的直线飞出去。但是，一种从圆心沿着电线朝着耳机方向的力（重力）将它拉了回来，使它沿着特定轨道运动。注意，这里不存在一种向外拉的力（离心力）（centrifugal force）。而这种由耳机沿着电线指向圆心的向心力（centripetal force）阻止了耳机沿着与电线相切的方向飞出去。
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爱因斯坦在办公室里思考着重力，他意识到物体的加速度（物体下坠的速度逐渐加快）等于它受到的重力的影响。这种“等效原则”是双向的。重力场与以适当加速度运动的参考系是等价的。等效原则是整个广义相对论的核心，这意味着光在引力作用下会发生弯曲偏折。试想一下一束光是怎么穿过加速中的太空飞船的。
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图12 穿过加速中的太空飞船的光束
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当光束穿过飞船内部时，飞船的内壁也处于向上加速的运动中，因此，和静止不动的飞船比起来，当光线从加速中的飞船的另一侧穿出时，它会“向下”弯曲。在飞船内的人看来，光线发生了偏折。爱因斯坦认为，如果加速度能导致光线弯曲，那光在引力场中必然有相同的现象。
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爱因斯坦认为光之所以会弯曲是因为重力会导致宇宙空间的扭曲。他推论，由于物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。就加速度计来说，等效原则意味着如果你测量到引力拉力的变化，那么，引起这个变化的很可能就是加速度。（如果太空中突然新生的一个和地球大小相同的星球，它很有可能会使引力发生变化，但更有可能受到影响的是加速度。）
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最浅显易懂的方法是将加速度计想象成某个悬挂在弹簧上的物体。如果你突然将弹簧往上拉或往下推，它会向上缩回或向下拉伸，而感觉上，悬挂在另一头物体的重量似乎也有所变化。我们可以用弹簧的这种变化来测量加速度。当然，现实中的加速度计比弹簧更加精密复杂，在拉伸或弯曲时，加速度计上的某个装置会使其电性质发生改变。加速度计和弹簧有类似之处，但是它不会像弹簧那样来回震动，而是通过变化的电流来测量加速度。
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飞行中的科学 微弱的力
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在四种力的作用下，整个宇宙维系在了一起，而重力就是其中之一。弱和强两种核力（nuclear force）只作用于原子的内部，弱核力导致了核裂变，而强核力则使原子核聚合在一起。除重力之外的另一种力我们之前也提到过，那就是电磁力，我们见识了它是如何通过带静电的铅笔将小纸屑吸起来的。电磁力也是磁铁磁力的来源，它也可以用来解释一切物体间的相互作用，比如，当你坐在椅子上，椅子会将你托住。
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我们总以为重力威力十足。毕竟在它的作用下，地球沿着环绕太阳的轨道运动，而且所有东西都被牢牢地固定在地面上。但是事实上，重力却十分微弱。就这么想吧：仅仅靠着腿部的肌肉，你就能克服重力跳起来。更有说服力的例子是用一只塑料笔或梳子上的静电荷通过电磁力将小纸片吸起来。一方面是巨大无比的地球想拖住小纸片，而另一方面是微小的电磁力想把纸片吸起来。但，重力还是败下阵来。
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