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Dilatación del tiempo gravitacional

1915
  • Albert Einstein
Calibración de un reloj atómico en un laboratorio que demuestra los principios de dilatación del tiempo gravitacional.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Una predicción clave de la relatividad general es que el tiempo transcurre a diferentes velocidades según el potencial gravitacional. Un reloj en un campo gravitacional más intenso (más cercano a un objeto masivo) funcionará más despacio que uno en un campo más débil. Este efecto, conocido como dilatación del tiempo gravitacional, se ha verificado experimentalmente y es un factor crucial en tecnologías modernas como el GPS.

La dilatación gravitatoria del tiempo se basa en el principio de que la curvatura del espaciotiempo influye en la velocidad a la que transcurre el tiempo. En una región de mayor gravedad, el "flujo" del tiempo es más lento que en una región de menor gravedad. No se trata de un efecto mecánico sobre los relojes, sino de una diferencia real en el paso del tiempo. Por ejemplo, un reloj situado a nivel del mar funciona ligeramente más despacio que otro idéntico situado en una montaña. La fórmula de este efecto para una masa esférica simétrica no giratoria es [latex]t_f = t_0 \sqrt{1 - \frac{2GM}{rc^2}[/latex], donde [latex]t_f[/latex] es el tiempo para el observador distante y [latex]t_0[/latex] es el tiempo en el campo gravitatorio.

Este efecto fue confirmado experimentalmente por primera vez por el experimento Pound-Rebka en 1959, que midió el corrimiento al rojo gravitacional de los fotones (un fenómeno relacionado). La aplicación más significativa en el mundo real es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Los relojes atómicos de los satélites GPS se encuentran en un campo gravitatorio más débil que los relojes de la superficie terrestre, por lo que se aceleran unos 45 microsegundos al día. También experimentan una dilatación especial del tiempo relativista debido a su alta velocidad, lo que hace que se retrasen unos 7 microsegundos al día. El efecto neto es que los relojes de los satélites GPS se adelantan unos 38 microsegundos al día. Si no se corrige este efecto, los errores de navegación del GPS se acumularían a unos 10 kilómetros diarios, lo que inutilizaría el sistema.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Relatividad

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Sustancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Relatividad especial y su concepto de dilatación del tiempo debido a la velocidad
  • Principio de equivalencia
  • El espacio-tiempo de Minkowski

Aplicaciones

  • Los satélites del sistema de posicionamiento global (GPS) requieren correcciones tanto para la dilatación del tiempo relativista especial como para la general para funcionar con precisión.
  • cronometraje preciso con relojes atómicos
  • Comprender la física de los agujeros negros y las estrellas de neutrones
  • observación astronómica del corrimiento al rojo gravitacional

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: dilatación del tiempo, relatividad general, gravedad, espaciotiempo, GPS, reloj atómico, potencial gravitatorio, corrimiento al rojo.

Contexto histórico

Dilatación del tiempo gravitacional

1909
1910
1912
1915
1915-11
1916
1918
1909
1910
1911-04-08
1913
1915
1916
1917
1918

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

Invención, innovación y principios técnicos relacionados.

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