중력이 늦추는 시간 (중력 시간 지연)

Gravitational time dilation

책상 위 시계와 바닥 시계는 정말 같은 빠르기로 갈까요?

무슨 일이 일어났나

중력 시간 지연은 중력이 센 곳(낮은 곳)일수록 시간이 느리게 가는 일입니다.

NIST 는 알루미늄 원자시계 하나를 33 cm 올려 높은 곳에서 시간이 더 빨리 가는 것을 쟀고, 그 차이를 79 년 평생 모으면 약 90 ns 라고 적습니다 — 시뮬레이터 값 89.7 ns 와 맞습니다.

JILA(NIST · 콜로라도대)는 2022 년 1 mm 높이 차에서도 시계 빠르기가 다른 것을 봤고, 이화학연구소(RIKEN)는 도쿄 스카이트리 450 m 전망층과 바닥에 광격자 시계를 두고 그 차이를 쟀습니다.

무거운 물체에서 나온 빛의 적색 이동도 같은 효과이고, 이것을 땅 위에서 처음 본 것은 1960 년 파운드와 레브카였습니다(APS).

궤도의 시계는 땅의 시계보다 빨리 가며, ESA 는 갈릴레오 위성 5 · 6 호로 이것을 확인했습니다.

💡 생활 속 예시

  • 학교 과학실 선반 위 시계와 바닥 시계도 33 cm 남짓 차이라면 빠르기가 다르지만, NIST 원자시계만큼 정밀해야 그 차이가 보입니다.
  • 폰 GPS 계산에는 위성이 높은 곳에 있어 시계가 빨리 가는 효과까지 들어 있습니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 중력이 시간에 미치는 효과는 블랙홀처럼 아주 센 곳에서만 생긴다.

    NIST 는 33 cm, JILA 는 1 mm 높이 차에서도 원자시계 빠르기가 달라지는 것을 쟀습니다. 출처

  • 시간은 우주 어디서나 똑같이 흐른다.

    ESA 는 갈릴레오 위성 5 · 6 호의 시계로 궤도의 시계가 땅의 시계보다 빨리 간다는 것을 확인했다고 적습니다. 출처

누가 왜 찾았나

중력이 시간을 늦춘다는 생각은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 나왔고, 땅 위에서 그 효과를 처음 본 것은 1960 년 파운드와 레브카였습니다(APS). 1976 년 중력 탐사선 A 는 이론값을 0.02 % 정확도로 맞췄고(Stanford), 오늘날에는 NIST · JILA 의 원자시계가 선반 하나 높이의 차이까지 잽니다.

확인된 값

NIST 가 시계 하나를 올려 중력 시간 지연을 잰 높이 차 (33 cm)
0.33 m 출처
그 차이를 79 년 평생 모으면 — 약 90 나노초
9e-8 s 출처
JILA(NIST · 콜로라도대) 2022 — 1 mm 높이 차에서도 시계 빠르기가 달랐다
0.001 m 출처
무거운 물체에서 나온 빛의 적색 이동을 땅 위에서 처음 본 해 (파운드 · 레브카)
1960 출처
중력 탐사선 A (1976) 가 이론과 맞춘 정확도 — 0.02 %
0.0002 출처
궤도의 시계는 땅의 시계보다 빨리 간다 (갈릴레오 위성 5 · 6 호로 확인, 2018)
faster in orbit 출처
도쿄 스카이트리 전망층 높이 — 광격자 시계 두 대로 시간 지연을 잰 곳
450 m 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 역학과 에너지 · 시공간과 운동 [12역학01-06]
  • 한국 2022 · 고급 물리학 · 현대 물리 [12고물04-02]

출처

이어서 보기

같은 단원 · 일반 상대성 이론과 중력파

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