Upływ czasu zależy od siły grawitacji i od prędkości, z jaką coś się porusza. Innymi słowy, dla dwóch obiektów znajdujących się w ruchu czas może płynąć inaczej. I nie ma specjalnego znaczenia, czy tymi obiektami są biegacze (z których jeden jest sprinterem, a drugi woli trucht), czy cząstki elementarne, z których jedna jest w spoczynku, a druga porusza się z prędkością bliską prędkości światła. Zasada jest taka sama. Im szybciej coś się porusza, tym wolniej płynie czas.

Kierowca jadący autostradą z prędkością 120 km/godz. przez pięć godzin bez przerwy, wysiadając ze swojego samochodu, wcale nie będzie starszy dokładnie o te pięć godzin. Z powodu prędkości, z którą się poruszał, jego czas w samochodzie będzie płynął nieco wolniej. Kierowca będzie starszy o 5 godzin minus jedna dziesięciomiliardowa część sekundy.

Mało? Faktycznie, nie robi to wrażenia, ale tylko dlatego, że prędkość 120 km/godz. jest niewielka. Dla obiektów poruszających się z prędkością bliską prędkości światła (w próżni wynosi ona 300 tys. kilometrów na sekundę), ten efekt może wydłużać czas ich życia. Cząstka, która porusza się przez jedną sekundę z prędkością równą 90 proc. prędkości światła, zestarzeje się nie o sekundę, tylko o ok. 0,4 sekundy.

A co czas ma wspólnego z grawitacją? Sekundy płyną wolniej, gdy przyciąganie grawitacyjne jest większe. Godzina na samym czubku Rysów w Tatrach – 2499 m n.p.m. – będzie o stumiliardową część sekundy krótsza niż godzina na plaży we Władysławowie. Wierzchołek góry znajduje się dalej od środka Ziemi niż bałtycka plaża. W Tatrach czas będzie więc płynął szybciej, bo grawitacja jest tam mniejsza. A w czarnej dziurze – tam, gdzie grawitacja ma nieskończenie wysoką wartość? Może czas wcale nie będzie tam płynął, tylko stał w miejscu?

W życiu codziennym – nawet gdy szybko jeździmy samochodem albo wspinamy się na wysokie góry – nie mamy szans zmierzyć zwykłym zegarkiem dylatacji czasu (bo tak nazywa się różnica w jego upływie pomiędzy dwoma punktami). Ale już zegary atomowe owe subtelne zmiany wykrywają bez problemu. Te zainstalowane na pokładach satelitów systemu GPS mierzą i korygują czas, który na każdym satelicie z powodu różnych orbit i różnych prędkości płynie nieco inaczej. Gdyby nie te poprawki uwzględniające dylatację czasu, żaden system lokalizacji satelitarnej nie mógłby działać poprawnie.


Paradoks bliźniąt

  1. Urodziły się bliźniaki.

  2. Gdy miały 10 lat, jeden z nich rakietą wyleciał w kosmos, podczas gdy drugi pozostał na Ziemi.

  3. Rakieta przez 10 lat podróżowała z prędkością 90 proc. prędkości światła, aż w końcu wróciła na Ziemię.

  4. Na jej pokładzie czas płynął wolniej. Choć z ziemskiego punktu widzenia lot trwał 10 lat, na pokładzie rakiety upłynęły zaledwie 4 lata.

  5. Bliźniak astronauta po wylądowaniu miał 14 lat, a jego brat 20 lat. Czy to jest podróż w czasie, czy nie?