Upływ czasu zależy od siły grawitacji i od prędkości, z jaką coś się porusza. Innymi słowy, dla dwóch obiektów znajdujących się w ruchu czas może płynąć inaczej. I nie ma specjalnego znaczenia, czy tymi obiektami są biegacze (z których jeden jest sprinterem, a drugi woli trucht), czy cząstki elementarne, z których jedna jest w spoczynku, a druga porusza się z prędkością bliską prędkości światła. Zasada jest taka sama. Im szybciej coś się porusza, tym wolniej płynie czas.
Kierowca jadący autostradą z prędkością 120 km/godz. przez pięć godzin bez przerwy, wysiadając ze swojego samochodu, wcale nie będzie starszy dokładnie o te pięć godzin. Z powodu prędkości, z którą się poruszał, jego czas w samochodzie będzie płynął nieco wolniej. Kierowca będzie starszy o 5 godzin minus jedna dziesięciomiliardowa część sekundy.
Mało? Faktycznie, nie robi to wrażenia, ale tylko dlatego, że prędkość 120 km/godz. jest niewielka. Dla obiektów poruszających się z prędkością bliską prędkości światła (w próżni wynosi ona 300 tys. kilometrów na sekundę), ten efekt może wydłużać czas ich życia. Cząstka, która porusza się przez jedną sekundę z prędkością równą 90 proc. prędkości światła, zestarzeje się nie o sekundę, tylko o ok. 0,4 sekundy.
A co czas ma wspólnego z grawitacją? Sekundy płyną wolniej, gdy przyciąganie grawitacyjne jest większe. Godzina na samym czubku Rysów w Tatrach – 2499 m n.p.m. – będzie o stumiliardową część sekundy krótsza niż godzina na plaży we Władysławowie. Wierzchołek góry znajduje się dalej od środka Ziemi niż bałtycka plaża. W Tatrach czas będzie więc płynął szybciej, bo grawitacja jest tam mniejsza. A w czarnej dziurze – tam, gdzie grawitacja ma nieskończenie wysoką wartość? Może czas wcale nie będzie tam płynął, tylko stał w miejscu?
W życiu codziennym – nawet gdy szybko jeździmy samochodem albo wspinamy się na wysokie góry – nie mamy szans zmierzyć zwykłym zegarkiem dylatacji czasu (bo tak nazywa się różnica w jego upływie pomiędzy dwoma punktami). Ale już zegary atomowe owe subtelne zmiany wykrywają bez problemu. Te zainstalowane na pokładach satelitów systemu GPS mierzą i korygują czas, który na każdym satelicie z powodu różnych orbit i różnych prędkości płynie nieco inaczej. Gdyby nie te poprawki uwzględniające dylatację czasu, żaden system lokalizacji satelitarnej nie mógłby działać poprawnie.
Paradoks bliźniąt
-
Urodziły się bliźniaki.
-
Gdy miały 10 lat, jeden z nich rakietą wyleciał w kosmos, podczas gdy drugi pozostał na Ziemi.
-
Rakieta przez 10 lat podróżowała z prędkością 90 proc. prędkości światła, aż w końcu wróciła na Ziemię.
-
Na jej pokładzie czas płynął wolniej. Choć z ziemskiego punktu widzenia lot trwał 10 lat, na pokładzie rakiety upłynęły zaledwie 4 lata.
-
Bliźniak astronauta po wylądowaniu miał 14 lat, a jego brat 20 lat. Czy to jest podróż w czasie, czy nie?