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Dilatation gravitationnelle du temps

1915
  • Albert Einstein
Étalonnage d'une horloge atomique dans un laboratoire démontrant les principes de la dilatation gravitationnelle du temps.

Une prédiction clé de la relativité générale est que le temps s'écoule à des vitesses différentes selon le potentiel gravitationnel. Une horloge placée dans un champ gravitationnel plus fort (plus proche d'un objet massif) tic-tac plus lentement qu'une horloge placée dans un champ plus faible. Cet effet, connu sous le nom de dilatation gravitationnelle du temps, a été vérifié expérimentalement et constitue un facteur crucial des technologies modernes comme le GPS.

Gravitational time dilation arises from the principle that the rate at which time passes is influenced by the curvature of spacetime. In a region of stronger gravity, the ‘flow’ of time itself is slower relative to a region of weaker gravity. This is not a mechanical effect on clocks but an actual difference in the passage of time. For example, a clock at sea level runs slightly slower than an identical clock on a mountain. The formula for this effect for a non-rotating, spherically symmetric mass is [latex]t_f = t_0 \sqrt{1 – \frac{2GM}{rc^2}}[/latex], where [latex]t_f[/latex] is the time for the distant observer and [latex]t_0[/latex] is the time in the gravitational field.

This effect was first confirmed experimentally by the Pound-Rebka experiment in 1959, which measured the gravitational redshift of photons (a related phenomenon). The most significant real-world application is the Global Positioning System (GPS). The atomic clocks on GPS satellites are in a weaker gravitational field than clocks on Earth’s surface, so they run faster by about 45 microseconds per day. They also experience special relativistic time dilation due to their high velocity, making them run slower by about 7 microseconds per day. The net effect is that GPS satellite clocks run faster by about 38 microseconds daily. Without correcting for this, GPS navigation errors would accumulate at about 10 kilometers per day, rendering the system useless.

UNESCO Nomenclature: 2211
– Relativity

Taper

Système abstrait

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La relativité restreinte et son concept de dilatation du temps due à la vitesse
  • Principe d'équivalence
  • L'espace-temps de Minkowski

Applications

  • Les satellites du système de positionnement global (GPS) nécessitent des corrections pour la dilatation du temps relativiste spéciale et générale pour fonctionner avec précision
  • chronométrage précis avec des horloges atomiques
  • comprendre la physique des trous noirs et des étoiles à neutrons
  • observation astronomique du décalage vers le rouge gravitationnel

Brevets:

NA

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