تمدد الزمن الثقالي

ابطاء زمني ثقالي أو إبطاء زمني بسبب الجاذبية (بالإنجليزية: Gravitational time dilation)‏ هو تأثير مرور الزمن في أماكن مختلفة الكمون الثقالي (الجاذبية ) ، فكلما اتخفض الجهد الثقالي (أي كلما اقتربت الساعة من مصدر الجاذبية) كلما مر الزمن بصورة أبطأ . وقد استنتج البرت أينشتاين تلك الظاهرة كنتيجة النظرية النسبية الخاصة عام 1905 . وقد أثبتت القياسات صحة النظرية النسبية.

وقد أثبت ذلك عن طريق استخدام ساعات ذرية على ارتفاعات مختلفة بالنسبة للأرض (بالتالي يختلف حقل الجاذبية) . وقد قامت تلك التجارب بقياس فرقا زمنيا صغير جدا جدا في حدود نانو ثانية.

خارج كوكب لا يدور

تنطبق المعادلة على كوكب كبير لا يدور:

$t_{0}=t_{f}{\sqrt {1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}}}$

حيث:

• $t_{0}$ الزمن للمشاهد القريب من مركز الكوكب ,
• $t_{f}$ الزمن للمشاهد على بعد كبير من الكوكب،

• $G$ ثابت الجاذبية,
• $M$ كتلة الكوكب,
• $r$ المسافة بين المشاهد والكوكب ،
• $c$ سرعة الضوء,

على سبيل المثال لكوكب الأرض فإن مشاهد على الأرض سوف يسجل زمنا قدره 0.0219 ثانية أقل من ساعة مشاهد بعيد عن الأرض خلال سنة كاملة. وإذا قارنا بساعة على سطح الشمس فيكون الزمن الناقص نحو 66.4 ثانية خلال سنة - لمن هو على الأرض بسبب جاذبية الشمس.

تأييد التجربة

ساعات الأقمار الصناعية تتأخر بسبب سرعتها في مدارها وتمشي أسرع بسبب بعدها عن مركز الأرض وانخفاض الجاذبية.

أثبت الإبطاء الزمني بسبب الجاذبية بواسطة قياس ساعات ذرية على طائرة.فقد بينت الساعة التي كانت على الطائرة أنها كانت أسرع من الساعة التي كانت موجودة على الأرض . ولكن التأثير يكون بالغا على ارتفاعات تصل إلى 35.000 كيلومتر بحيث لا بد من الأخذ في الحسبان تعديل أزمنة قياسات الساعات على الأقمار الصناعية التي تشكل نظام التموضع العالمي . إذا لم يتم التعديل يكون موضعك على الأرض ذو خطأ كبير قد يصل إلى كيلومتر أو أكثر ، ويحتسب التعديل أتوماتيكيا وبهذا يتم تحديد موقعك على الأرض بدقة ، ويكون الخطأ مجرد بضعة أمتار.

وفوق ذلك فقد عيّن الفرق الزمني على ارتفاعين مختلفين بمقدار 1 متر فقط في أحد المختبرات .

بعد استنتاج ألبرت أينشتاين للإبطاء الزمني الثقالي من النظرية النسبية قام الفيزيائين "باوند " و "ريبكا" بإجراء تجربة أثبتت تلك العلاقة أيضا . وقد أيد ذلك مشاهدة وقياس طيف القزم الأبيض Sirius B ، وكذلك تجربة ارسلت خلالها إشارات ذاهبة وعائدة من مركبة المريخ فايكينغ 1 إلى الأرض.

انظر أيضًا

• إبطاء زمني
• تعريف الثانية
• النظرية النسبية
• نباض مزدوج 1913+16