TechGeek

Az Univerzumról alkotott képünk 1905-ben örökre megváltozott, amikor Einstein előállt a speciális relativitáselmélettel.

Korábban a tudósok mindössze négy koordinátát használtak az Univerzum "pontjainak" leírására: három térbeli pozíciót és egy időpontot, ami megmutatta, mikor történt az adott esemény.

Ez azonban megváltozott, amikor Einstein rájött, hogy az Univerzumban minden megfigyelőnek sajátos perspektívája van, attól függően, hogy hol van és hogyan mozog.

Amikor egy megfigyelő mozog az Univerzumban egy másikhoz képest, a mozgó megfigyelőnél időtágulás következik be: az ő órái lassabban járnak, mint a nyugalomban lévő megfigyelőnél. Einstein javasolta, hogy ezt a jelenséget két óra segítségével teszteljük.

Az egyik az Egyenlítőn, a másik pedig a Föld pólusainál van, mivel ezek a területek nem mozognak, mivel a Föld a tengelye körül forog.

Einstein kísérlete először kudarcot vallott, mert mindkét óra ugyanolyan sebességgel járt egymáshoz képest. Azonban 1971-ben sikerült beigazolni elméletét. Einstein eredeti speciális relativitáselméletét bemutatva nem vette figyelembe a gravitációt. Nem tudta, hogy a nagy gravitációs tömeg befolyásolhatja az idő múlását is. A Föld forgása és gravitációs ereje miatt bolygónk a sarkoknál kidudorodik és az Egyenlítőnél összenyomódik. Ennek eredményeképpen a Föld gravitációs vonzása a sarkoknál kissé erősebb, mint az Egyenlítőnél. Tehát ha az Északi- vagy a Déli-sarkon vagyunk, az óráink lassabban járnak.

Einstein eredeti célja az volt, hogy a Föld felszínén vagy közelében lévő futó órákat használja a speciális relativitáselmélet érvényességének tesztelésére.

Az 1950-es években azonban két fejlemény tette lehetővé ennek a tesztelésnek a határait. Az első fejlesztés az atomóra volt, amely lehetővé tette az ilyen tesztek elvégzését, a másik pedig a repülés.

Joseph Hafele fizikus arra jött rá, hogy ha egy atomórát egy olyan repülőgépre helyezünk, amely egy repülés alatt körbefordul a Föld körül, akkor mind a speciális, mind az általános relativitáselmélet hatását meg lehet mutatni az időre.

Először egy atomórát a földön hagytak, amely pontosan mérte az időt. Másodszor, két órát vittek egy körülbelül világkörüli útra. Mivel a repülőgép mozgása és a Föld forgása azonos irányú volt, a sebességek összeadódtak, és kevesebb idő telik el.

Ezeket az órákat aztán egy nyugati irányban mozgó világkörüli útra vitték, ahol a repülőgépek lassabban repültek, mint a Föld forgása, így a földön lévő óra gyorsabban mozgott, mint a repülőgép.

A kísérlet eredményeit összehasonlították a várakozásokkal. A kelet felé haladó repülőgép esetében azt jósolták, hogy a gravitációs időtágulás miatt időt veszít. A nyugat felé haladó repülőgép esetében viszont időt nyer.

Ez a kezdeti kísérlet csak nagyjából 10%-os pontossággal igazolta Einstein előrejelzéseit mind a mozgásos, mind a gravitációs időtágulásra vonatkozóan.

Ez az első alkalom volt, hogy az időtágulást nagy, makroszkopikus objektumok esetében ilyen pontosan vizsgálták. A kísérlet megerősítette, hogy Einstein elméletei szükségesek és helyesek a mozgás és a gravitáció hatásainak leírására az időre.

Ma már az időtágulás mozgási hatását nagyon alacsony sebességek esetén is meg tudjuk figyelni, és a Föld felszínén a gravitációs mező magasságkülönbségei között akár 0,33 méter is lehet. Einstein Univerzumról alkotott elképzelése drámaian különbözik mindentől, ami előtte volt, de a kísérletek és megfigyelések megerősítették az ő elméleteit.