Πειραματική απόδειξη για την διαστολή του χρόνου που προβλέπει η σχετικότητα

Η ειδική σχετικότητα προβλέπει ότι αν δύο γεγονότα τα καταγράφουν τα ρολόγια δύο διαφορετικών παρατηρητών, για τον ένα εκ των οποίων τα γεγονότα αυτά συμβαίνουν στην ίδια θέση στον χώρο ενώ για τον άλλον συμβαίνουν σε διαφορετικές θέσεις, η χρονική διαφορά των γεγονότων ως προς τον πρώτο παρατηρητή θα είναι μεγαλύτερη από αυτήν που κατέγραψε ο δεύτερος. Το φαινόμενο αυτό της επιμήκυνσης του χρόνου ονομάζεται διαστολή του χρόνου.

Υπάρχουν διάφορες αποδείξεις για την διαστολή αυτή του χρόνου. Για παράδειγμα, ρολόγια εξαιρετικής ακρίβειας επιβιβάστηκαν σε ταχύτατα αεροπλάνα. Όταν μετά συγκρίθηκαν οι ενδείξεις τους με αντίστοιχα ρολόγια που είχαν παραμείνει επί του εδάφους και είχαν αρχικά συγχρονιστεί με τα ιπτάμενα, βρέθηκε ότι τα ιπτάμενα ρολόγια είχαν καταγράψει ελαφρά μικρότερα χρονικά διαστήματα.

Διαστολή χρόνου λόγω ταχύτητας και διαστολή χρόνου λόγω βαρυτικού πεδίου

Τον Οκτώβριο του 1971, οι πειραματιστές Hafele και Keating, χρησιμοποίησαν ατομικά ρολόγια Καισίου, τα οποία αφού πρώτα συντόνισαν με ατομικά ρολόγια του Ναυτικού παρατηρητηρίου στην Washington, επιβίβασαν στη συνέχεια σε αεροπλάνα, τα οποία πέταξαν το μεν ένα προς την ανατολή και το δεύτερο προς τη δύση. Μετά από κάθε πτήση συνέκριναν το χρόνο που κατέγραψε το ρολόι επί του αεροσκάφους, με τον χρόνο που κατέγραψε το ρολόι του παρατηρητηρίου του Ναυτικού. Τα πειραματικά δεδομένα συμφωνούσαν μέσα στα όρια του πειραματικού σφάλματος με τις προβλέψεις της Γενικής Σχετικότητας. Πιο συγκεκριμένα, το χρονόμετρο που πέταξε προς δυσμάς κατέγραψε χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από αυτό που κατέγραψε το δίδυμο χρονόμετρο που πέταξε προς ανατολάς. Φυσικά οι διαφορές αυτές ήταν πολύ μικρές επειδή τα αεροπλάνα πετούν με ταχύτητες πάρα πολύ μικρότερες από αυτήν του φωτός.

Ένα άλλο πείραμα που μας πείθει για την διαστολή του χρόνου, στηρίζεται στη διάσπαση ορισμένων σωματιδίων. Τέτοια σωματίδια που διασπώνται σε άλλα σωματίδια είναι τα μιόνια, τα οποία σχηματίζονται από την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με τα στρώματα της ανώτερης ατμόσφαιρας.

Όταν βρίσκονται σε ηρεμία τα σωματίδια αυτά διασπώνται περίπου σε χρόνο t = 2 x 10-6 sec, χρόνος ο οποίος είναι πολύ μικρός για να προλάβουν να φτάσουν αδιάσπαστα μέχρι την επιφάνεια της Γης. Επειδή όμως ταξιδεύουν με ταχύτητες οι οποίες συγκρίνονται με εκείνη του φωτός, ο χρόνος της ζωής τους t‘ όπως μετρείται από ένα γήινο παρατηρητή ο οποίος τα καταγράφει σε δύο διαφορετικές θέσεις (θέση δημιουργίας και θέση καταστροφής τους), έχει διασταλεί σε σχέση με τον χρόνο ζωής του συστήματος ηρεμίας τους. Έτσι ο παρατηρητής αυτός μπορεί να εξηγήσει πως προλαβαίνουν και φτάνουν τα σωματίδια αυτά μέχρι τη Γη.