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Dilatation gravitationnelle du temps

1915
  • Albert Einstein
Étalonnage d'une horloge atomique en laboratoire illustrant les principes de la dilatation temporelle gravitationnelle.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

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.

La dilatation du temps gravitationnelle découle du principe selon lequel le rythme d'écoulement du temps est influencé par la courbure de l'espace-temps. Dans une région de gravité plus intense, l'écoulement du temps est plus lent que dans une région de gravité plus faible. Il ne s'agit pas d'un effet mécanique sur les horloges, mais d'une différence réelle dans le passage du temps. Par exemple, une horloge au niveau de la mer fonctionne légèrement plus lentement qu'une horloge identique placée en montagne. La formule de cet effet pour une masse sphérique non rotative est : tf = t0 √(1 - (2GM/rc²)), où tf représente le temps pour l'observateur distant et t0 le temps dans le champ gravitationnel.

Cet effet a été confirmé expérimentalement pour la première fois par l'expérience de Pound-Rebka en 1959, qui a mesuré le décalage gravitationnel vers le rouge des photons (un phénomène apparenté). L'application concrète la plus importante est le système de positionnement global (GPS). Les horloges atomiques des satellites GPS évoluent dans un champ gravitationnel plus faible que celles à la surface de la Terre ; elles avancent donc d'environ 45 microsecondes par jour. Elles subissent également une dilatation temporelle relativiste restreinte due à leur vitesse élevée, ce qui les retarde d'environ 7 microsecondes par jour. Au final, les horloges des satellites GPS avancent d'environ 38 microsecondes par jour. Sans correction, les erreurs de navigation du GPS s'accumuleraient à raison d'environ 10 kilomètres par jour, rendant le système inutilisable.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Relativité

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

Idées d'innovations potentielles

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En lien avec : la dilatation du temps, la relativité générale, la gravité, l'espace-temps, le GPS, l'horloge atomique, le potentiel gravitationnel, le décalage vers le rouge.

Contexte historique

Dilatation gravitationnelle du temps

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

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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