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Dilatação gravitacional do tempo

1915
  • Albert Einstein
Calibração de relógio atômico em laboratório, demonstrando os princípios da dilatação gravitacional do tempo.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Uma previsão fundamental da relatividade geral é que o tempo passa a taxas diferentes em diferentes potenciais gravitacionais. Um relógio em um campo gravitacional mais forte (mais próximo de um objeto massivo) funcionará mais lentamente do que um relógio em um campo mais fraco. Esse efeito, conhecido como dilatação gravitacional do tempo, foi comprovado experimentalmente e é um fator crucial em tecnologias modernas como o GPS.

A dilatação gravitacional do tempo surge do princípio de que a taxa na qual o tempo passa é influenciada pela curvatura do espaço-tempo. Em uma região de gravidade mais forte, o "fluxo" do próprio tempo é mais lento em relação a uma região de gravidade mais fraca. Este não é um efeito mecânico sobre os relógios, mas uma diferença real na passagem do tempo. Por exemplo, um relógio ao nível do mar funciona ligeiramente mais lentamente do que um relógio idêntico em uma montanha. A fórmula para este efeito, para uma massa não rotativa e com simetria esférica, é [latex]t_f = t_0 sqrt{1 – frac{2GM}{rc^2}}[/latex], onde [latex]t_f[/latex] é o tempo para o observador distante e [latex]t_0[/latex] é o tempo no campo gravitacional.

Esse efeito foi confirmado experimentalmente pela primeira vez pelo experimento de Pound-Rebka em 1959, que mediu o desvio para o vermelho gravitacional dos fótons (um fenômeno relacionado). A aplicação prática mais significativa é o Sistema de Posicionamento Global (GPS). Os relógios atômicos nos satélites GPS estão em um campo gravitacional mais fraco do que os relógios na superfície da Terra, portanto, adiantam cerca de 45 microssegundos por dia. Eles também sofrem dilatação temporal relativística especial devido à sua alta velocidade, o que os atrasa em cerca de 7 microssegundos por dia. O efeito líquido é que os relógios dos satélites GPS adiantam cerca de 38 microssegundos diariamente. Sem essa correção, os erros de navegação do GPS se acumulariam em cerca de 10 quilômetros por dia, tornando o sistema inútil.

UNESCO Nomenclature: 2211
Relatividade

Tipo

Sistema abstrato

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

Aplicações

  • Os satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS) requerem correções para a dilatação do tempo tanto na relatividade especial quanto na geral para funcionarem com precisão.
  • Cronometragem precisa com relógios atômicos
  • Entendendo a física dos buracos negros e das estrelas de nêutrons.
  • observação astronômica do desvio para o vermelho gravitacional

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • ultra-secure communication channels based on synchronized clocks in different gravitational potentials
  • ‘chronoscaping’ habitats in deep space to alter the perception of time for long-duration missions
  • gravitational potential sensors for mapping planetary interiors
  • a new generation of atomic clocks that use time dilation to measure gravity with unprecedented precision
  • time-stasis pods for medical procedures by placing patients in intense, temporary gravitational fields
  • advanced navigation systems for probes near black holes or neutron stars
  • a global time standard that dynamically accounts for local gravitational variations
  • energy generation by exploiting time dilation differentials
Relacionado a: dilatação do tempo, relatividade geral, gravidade, espaço-tempo, GPS, relógio atômico, potencial gravitacional, desvio para o vermelho.

Contexto histórico

Dilatação gravitacional do tempo

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

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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