Tidsdilatasjon

Tidsdilatasjon er et grunnleggende fenomen i relativitetsteorien som beskriver at klokkene ikke nødvendigvis tikker med samme hastighet i alle referanserammer. I praksis betyr det at tiden målt av en klokke kan avvike fra tiden målt av en annen klokke som er i bevegelse i forhold til den første, eller som opplever et annet gravitasjonspotensial.

I spesielle relativitetsteorien er tidsdilatasjonen knyttet til bevegelse. Et klokke som beveger seg med hastighet v i forhold til en observer tikker saktere enn et stillestående klokke. Den generelle faktoren γ = 1 / sqrt(1 - v^2/c^2) beskriver forholdet mellom intervaller. Når v nærmer seg lysfarten blir dilatasjonen stor. Dette har blant annet blitt bekreftet ved eksperimenter og i tekniske systemer som satellittnavigasjon.

I generelle relativitet ligger tidsdilatasjonen i gravitasjonsfeltet: klokkene nær massive objekter tikker saktere enn klokker lenger unna. Fenomenet fører til gravitasjonsrødskift og er målt i eksperimenter som Pound-Rebka og ved presise klokkekontraster mellom ulike høyder på jorden. Prinsippet er også viktig i astrofysikk og ved observasjon av hvite dverger, svarte hull og supernovaer.

Kosmisk tidsdilatasjon oppstår som en konsekvens av universets ekspansjon. Observasjoner av fjernere objekter viser at tiden mellom lysbølger eller hendelser blir forlenget med faktoren 1 + z, der z er rødforskyvningen. Dette er et uttrykk for tidsutvidelse i kosmologiske skalaer.

Praktiske og vitenskapelige anvendelser bekrefter tidsdilatasjonen: Hafele–Keating-eksperimentet med klokker ombord på fly viste forskjeller i tid som følge av bevegelse; GPS-systemet krever relativistiske korreksjoner for presise posisjoner; og i partikkelfysikk og astropartikler bruker man tidsdilatasjon for å forstå observerte levetider og signalhastigheter.