gravitatietijdvertraging

Gravitatietijdvertraging is het verschijnsel dat tijd langzamer verloopt in een sterker zwaartekrachtsveld. Een klok die dichter bij een massief voorwerp staat registreert minder tijd dan een klok verder weg. Het is een direct gevolg van de algemene relativiteitstheorie en heeft tastbare consequenties voor klokken op verschillende hoogten en in verschillende potentiaalvelden.

In de zwakke-veldbenadering kan het lokale tijdverloop worden benaderd met dτ/dt ≈ 1 + Φ/c^2, waarbij Φ de zwaartekrachtpotentiaal is (negatief bij een massa). Omdat Φ negatief is en sterker wordt naarmate men dichter bij de massa komt, loopt tijd dichter bij de massa langzamer. Hetzelfde principe ligt ten grondslag aan de gravitatierodeverschuiving van straling: klokken op lagere potentiaal leveren andere frequenties af dan klokken hoger in het veld.

Historische en moderne experimenten bevestigen het effect. In 1959–1960 toonden Pound en Rebka met behulp van de Mössbauer-effecten een gravitatiegerelateerde rode verschuiving aan over een hoogteverschil van circa 22,5 meter. In 1971 bevestigden Hafele en Keating de tijdsdilatatie door atoomklokken te flown rond de aarde; de resultaten kwamen overeen met de relativistische voorspellingen. Tegenwoordig ondersteunen nog nauwkeurigere klokken en satellietmetingen dit verschijnsel in uiteenlopende omstandigheden, van laboratoriumtesten tot astronomische waarnemingen.

Toepassingen van gravitatie-tijdvertraging zijn onder meer de werking van GPS. Klokken in ruimorbit blijven net wat sneller lopen dan klokken op aarde door het zwaartekrachtsveld, terwijl hun beweging ook tijdsvertraging oplevert; de netto correctie bedraagt ongeveer enkele tientallen microseconden per dag. Het verschijnsel is daarmee een fundamenteel onderdeel van moderne precisietijdmeting en ruimtevaarttechnologie.