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Gravitational Time Dilation

1915
  • Albert Einstein
Atomic clock calibration in a lab demonstrating gravitational time dilation principles.

(画像はイメージです)

A key prediction of general relativity is that time passes at different rates in different gravitational potentials. A clock in a stronger gravitational field (closer to a massive object) will tick slower than a clock in a weaker field. This effect, known as gravitational time dilation, has been experimentally verified and is a crucial factor in modern technology like GPS.

重力による時間の遅れは、時間の経過速度が時空の曲率によって影響を受けるという原理から生じます。重力が強い領域では、時間の「流れ」自体が重力が弱い領域に比べて遅くなります。これは時計に対する機械的な効果ではなく、時間の経過の実際の差です。たとえば、海面にある時計は、山の上にある同じ時計よりもわずかに遅く進みます。回転しない球対称の質量に対するこの効果の式は、[latex]t_f = t_0 sqrt{1 – frac{2GM}{rc^2}}[/latex]で、ここで[latex]t_f[/latex]は遠方の観測者の時間、[latex]t_0[/latex]は重力場内の時間です。

この効果は、1959年のパウンド・レブカ実験で初めて実験的に確認されました。この実験では、光子の重力赤方偏移(関連現象)が測定されました。最も重要な実用例は、全地球測位システム(GPS)です。GPS衛星に搭載された原子時計は、地球表面の時計よりも重力場が弱いため、1日に約45マイクロ秒進みます。また、高速で移動するため、特殊相対論的時間の遅れも生じ、1日に約7マイクロ秒遅くなります。結果として、GPS衛星の時計は1日に約38マイクロ秒進みます。これを補正しないと、GPSの航法誤差は1日に約10キロメートル蓄積され、システムは役に立たなくなります。

UNESCO Nomenclature: 2211
相対性理論

タイプ

抽象システム

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 特殊相対性理論と速度による時間の遅れの概念
  • 等価原理
  • ミンコフスキー時空

アプリケーション

  • 全地球測位システム(GPS)衛星が正確に機能するためには、特殊相対性理論と一般相対性理論の両方の時間膨張に対する補正が必要となる。
  • 原子時計による正確な時刻計測
  • ブラックホールと中性子星の物理学を理解する
  • 重力赤方偏移の天文学的観測

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連概念:時間の遅れ、一般相対性理論、重力、時空、GPS、原子時計、重力ポテンシャル、赤方偏移。

歴史的背景

Gravitational Time Dilation

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

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

関連する発明、革新、および技術原理

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