从牛顿时代起，人们就已假设，物体的惯性质量和引力质量的比值对于各种物
质都是一样的。如果这个假设正确，则所有的自由落体均具有相同的加速度。这个
假设在现代文献中一般被称作弱等效原理。弱等效原理是广义相对论的前提，在现
代的引力理论中扮演重要角色 [1] 。弱等效原理的违背或牛顿引力的平方反比定律的
偏离可能导致除了引力、电磁力、弱力、强力这四种基本相互作用力之外的第五种
相互作用力(寻找第五种力仍然是目前探测弱等效原理违背实验的一个重要目标 [2] )。
到目前为止，对弱等效原理的检验，地面上实验精度达到 10 −13 。NASA 和 ESA 目
前进行的太空实验，有望近期内将实验精度提高到 10 −18 [3, 4] 。地面的实验，特别是
使用原子干涉仪进行的实验，有望将实验精度提高到 10 −15 [5] 。
两种质量相等这个经验事实，在爱因斯坦指出它可以借助不同参考系的等效性
来理解以前，在整个理论物理学中都找不到说明。爱因斯坦将等效原理表述为，在
任意引力场里的每一个时空点，有可能选择一个“局部惯性系”，使得在所讨论的
那一点附近的充分小的邻域内自然规律的形式，与没有引力场时在未加速的笛卡儿
坐标系里具有相同的形式。一般地，我们也可以把这个表述分为“强等效原理”和
“甚强等效原理”，它们之间的区别在于表述中的“自然规律”是否包含引力规律
本身，如果包含则叫做“甚强等效原理”。等效原理在引力场中的应用，将直接导
致爱因斯坦引力场方程的发现。20 世纪 60 年代，物理学家从分析等效原理出发，
提出了一个比广义相对论更广泛的引力理论框架 [6] 。从这个方面看，强等效原理的
实验验证对广义相对论是否严格成立具有重要意义。一般来说，检验强等效原理的
实验分为三步：弱等效原理的检验、局域洛伦兹不变性的检验(目前的实验精度已
经超过 10 −20 )和局域位置不变性的检验(引力红移的实验精度达到 10 −5 ) [3, 4] 。另一方
面，关于惯性起源的问题，爱因斯坦等效原理和 Mach 原理是有分歧的，根据 Mach
原理，局部物体的惯性可能是各向异性的。Hughes-Drever 实验 [7] 表明至少在 10 −20
精度内，局部物体的惯性应该是各向同性的。这个实验对等效原理非常有利。
另外一个重要而有趣的问题是负质量问题。无论是牛顿引力理论还是相对论引
力理论都没有排除负质量的存在。如果确有证据表明负质量的存在，将对等效原理
甚至整个科学界产生重要影响。Bondi 和 Schiff 曾对这个问题进行过仔细的考虑 [8] 。
虽然目前的实验结果都没有违背等效原理，但是在目前的实验精度上，理论上
的一些其他可能情况并没有被完全排除。因此，无论是寻找四种基本相互作用之外
的第五种相互作用，或者是寻找引力量子化的理论，以及寻找大统一的理论，都需
要对等效原理进行进一步的理论和实验的研究。