關于愛因斯坦是如何思考出相對論的，愛因斯坦自己寫過一本小書《狹義與廣義相對論淺說》。如果真的喜歡思考，建議認真讀讀這本書，會有一種與大師對話的感覺。
如果要我總結一下的話，我想大概是這樣的：
1、愛因斯坦熟知麥克斯韋電磁學理論，并且對之頗為欣賞。基于麥克斯韋方程組，真空中光速可以推導計算得到，其值為真空介電常數(shù)與真空磁導率乘積的平方根的倒數(shù)，這顯然與任何參照系無關。
2、根據傳統(tǒng)經典物理理論和經典時空觀，速度肯定與參照系有關。因此，要么麥克斯韋電磁學理論僅僅適用于某個參照系；要么麥克斯韋電磁學理論適用于多個參照系，從而光速在不同參照系看來都是一樣的。
3、愛因斯坦的思維模式中堅信自然是統(tǒng)一的、和諧的、美的，他不（愿）相信自然會如此的不協(xié)調，只允許如此優(yōu)美對稱的麥克斯韋方程組僅僅適用于某一個參照系。他堅信，物理學規(guī)律一定是適用于所有參照系的（愛因斯坦將之稱為相對性原理）。因此，在第2條的兩項選擇中，愛因斯坦毅然選擇了后者，從而拋棄了經典的時空觀。
4、僅僅基于相對性原理和麥克斯韋方程組給出的光速不變的結論，就可以從純數(shù)學變換中推導出狹義相對論的結論，這個推導并不是很復雜，《狹義與廣義相對論淺說》附錄中有推導過程。從而“鐘慢效應”、“尺縮效應”就都被愛因斯坦認識到了。
5、最后，再將牛頓第二定律升格為動量守恒定律，基于動量守恒定律可以推導得到狹義相對論的運動方程，以及著名的E=mc^2 。
6、到了這一步，愛因斯坦仍不滿意，因為狹義相對論僅僅得到了慣性參照系中的物理學規(guī)律（這是因為牛頓定律成立的參照系是慣性參照系，狹義相對論動力學部分是基于牛頓定律拓展得到的），而對于加速運動的參照系，狹義相對論不再成立?？墒菒垡蛩固拐J為物理學規(guī)律是在所有參照系中都應該成立的，因此，愛因斯坦認為狹義相對論不是最本質的物理學理論。
7、通過進一步思考，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，經典動力學中，為了使牛頓定律適用于非慣性系，需要引入非慣性力，而這個非慣性力與物體的質量成正比。同時，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，在引力場中，物體所受的引力也與質量成正比，在引力場中自由落體運動的物體就成為了一個慣性參照系。這個事實成立依賴于一個重要結論，那就是度量物體慣性量度的“質量”與度量引力場強度的“質量”是一樣的，而事實上這兩個“質量”（一個叫做慣性質量，一個叫做引力質量）都是獨立定義的，沒有理由湊巧一樣。于是愛因斯坦認定慣性質量和引力質量本質上是一回事兒，這是廣義相對論的一個基本假設。
8、認識到慣性質量和引力質量是一回事兒，可不僅僅是字面意思這么簡單，這說明愛因斯坦認識到了引力的本質，引力是與時空相關的。剩下的事就是尋找合適的數(shù)學工具來描述這個物理學規(guī)律，這給愛因斯坦帶來了很大的難度，直到某一天，愛因斯坦了解到了黎曼空間。偉大的數(shù)學家黎曼在幾十年前就給出了現(xiàn)成的數(shù)學工具，從而幫助愛因斯坦完成了廣義相對論的創(chuàng)建。廣義相對論的數(shù)學表達有一定深度，涉及到張量、微分幾何、黎曼空間等，但其方程非常優(yōu)美、對稱，不過求解極難，大部分情況只能是求得近似解。
9、廣義相對論是迄今為止人類思維達到的最優(yōu)美的深度、最深度的優(yōu)美，它徹底改變了人們對于時空的認識，為我們今天能夠在大尺度上研究宇宙奠定了堅實的基礎。到今天為止，無數(shù)的物理學實驗一次又一次地驗證著廣義相對論的正確和精確，最近、最著名的一次應該是2016年初引力波被觀測到。因此，如果有人問我對廣義相對論的正確性相信的程度，我會回答“我相信廣義相對論的程度要比西方最虔誠的基督教徒相信上帝的程度還要高”。
以上是個人對于愛因斯坦是如何思考出相對論的一個粗淺敘述，如果有可能，建議還是閱讀一下大師本人的著作《狹義與廣義相對論淺說》。
