Dylatacja czasu

Wyobraźmy sobie zegar składający się ze zwierciadeł 1 i 2, pomiędzy którymi odbija się impuls świetlny. Dystans pomiędzy zwierciadłami wynosi L i zegar tyka raz za każdym razem gdy impuls świetlny trafia w jedno ze zwierciadeł. W układzie, w którym zegar jest w spoczynku, impuls świetlny przebywa drogę L i okres zegara wynosi L dzielone przez prędkość światła

Kiedy nasz zegar porusza się z prędkością v, przebywając drogę vT w czasie T, kierunek impulsu świetlnego jest zmieniony i impuls świetlny przebywa dłuższą drogę niż impuls w zegarze w spoczynku. Ponieważ prędkość światła jest stała, impuls świetlny potrzebuje więcej czasu na dotarcie do drugiego zwierciadła. Ponieważ impuls świetlny potrzebuje więcej czasu aby dotrzeć do drugiego zwierciadła, zegar odlicza wolniej.

Oprócz dylatacji czasu związanej z ruchem (kinetycznej) istnieje także dylatacja grawitacyjna. Grawitacyjna dylatacja czasu jest konsekwencją szczególnej teorii względności w przyspieszonych układach odniesienia. W ogólnej teorii względności, uważa się, że jest to różnica w upływie czasu własnego w różnych pozycjach jak opisano przez tensor metryczny czasoprzestrzeni.

W fizyce, paradoks bliźniąt jest eksperymentem myślowym w szczególnej teorii względności dotyczący identycznych bliżniąt, jedno z bliźniąt odbywa podróż kosmiczną z prędkością zbliżoną do prędkości światła i kiedy powraca do domu odkrywa, że bliźniak, który pozostał na Ziemi jest starszy. Wynik ten wydaje się zaskakujący, ponieważ każdy bliźniak widzi, że drugi bliźniak się porusza, a więc, zgodnie z błędnym naiwnym zastosowaniem dylatacji czasu i zasady względności, każdy powinien paradoksalnie zobaczyć, że drugi zestarzał się mniej. Jednak ten scenariusz może być rozwiązany w granicach standardowych ram szczególnej teorii względności: trajektoria podróżujących bliźniąt obejmuje dwa różne układy inercjalne, jeden dla podróży wyjazdowej i jeden dla podróży powrotnej, i tak nie ma symetrii pomiędzy ścieżkami czasoprzestrzeni tych dwóch bliźniąt. Dlatego paradoks bliźniąt nie jest paradoksem w sensie logicznej sprzeczności.

Tak, dwaj naukowcy wzięli cztery zegary atomowe i ustawili je tak aby pokazywały dokładnie ten sam czas. Wykonali dwa przeloty samolotem dookoła świata, najpierw na wschód, a następnie na zachód i porównali wskazania zegarów z pozostałymi, które cały czas były na Ziemi. Kiedy wrócili, odkryli, że wskazania zegarów różnią się od siebie, a różnice są zgodne z przewidywaniami szczególnej i ogólnej teorii względności.

Zegary na stacji kosmicznej ISS chodzą nieco wolniej niż referencyjne zegary na Ziemi, podczas gdy zegary na satelitach GPS i Galileo chodzą nieco szybciej.