zwaartekrachtsvertraging

Zwaartekrachtsvertraging, ook wel gravitatie-tijdvertraging genoemd, is het verschijnsel dat tijd minder snel verloopt in een sterk zwaartekrachtsveld dan in een zwakker veld. Volgens de algemene relativiteitstheorie lopen klokken die dichter bij een massief voorwerp staan langzamer dan klokken die verder weg staan, wat leidt tot materiaaldelen zoals licht en radio-signalen die een gravitational redshift vertonen.

In een zwakke zwaartekrachtsveld kan dit effect worden benaderd met de Newtoniaanse potentiaal Φ: een klok op locatie r tikt ongeveer zo langzamer als dτ ≈ dt (1 + Φ/c^2), waarbij Φ < 0. Dichter bij de massa is Φ groter in absolute waarde, dus tikt de klok langzamer. In de exacte Schwarzschild-ruimte rond een sferisch massief lichaam is dτ = dt sqrt(1 - 2GM/(rc^2)) voor een stationaire waarnemer op afstand r. Het effect neemt toe naarmate het object dichter bij de massa komt en naarmate het verschil in hoogte tussen twee klokken groter is.

Het fenomeen heeft praktische consequenties: klokken aan de oppervlakte van de aarde lopen langzamer dan klokken in ruimere omtrek; licht en signaalfrequenties ondergaan gravitational redshift. In satellietnavigatiesystemen zoals GPS moet gravitational time dilation worden gecorrigeerd, anders zouden positioneringen binnen enkele minuten onnauwkeurig worden.

Historisch en experimenteel is gravitatie-tijdvertraging vastgesteld in onder meer de Pound-Rebka-experiment (1959–1960) en later in uitvoerige testen zoals het Hafele–Keating-experiment. Tegenwoordig vormt het een fundamenteel onderdeel van precisetimediensten en tests van algemene relativiteit.