하펠레–키팅 실험 (원자시계 비행기 일주)
Hafele–Keating experiment (atomic clocks flown around the world)
원자시계를 비행기에 싣고 지구를 한 바퀴 돌면, 땅에 둔 시계와 어긋날까요?
무슨 일이 일어났나
1971 년 10 월 하펠레와 키팅은 세슘 원자시계 네 대를 여객기에 싣고 지구를 동쪽으로 한 번, 서쪽으로 한 번 돌아 미 해군 천문대(USNO)에 남은 시계들과 견줬습니다.
시계 빠르기는 두 가지로 바뀝니다: 높이 올라가면 중력이 약해 빨라지고, 돌지 않는 지구 가운데에서 본 빠르기가 클수록 느려집니다 — 동쪽 비행기는 지구 자전에 제 빠르기가 더해지고, 서쪽 비행기는 빠지는 셈입니다.
예측은 동쪽 40 ± 23 ns 늦어짐 · 서쪽 275 ± 21 ns 빨라짐이었고, 잰 값은 동쪽 59 ± 10 ns 늦어짐 · 서쪽 273 ± 7 ns 빨라짐이었습니다(USNO).
시뮬레이터는 적도 위를 같은 높이 · 빠르기로 난다고 둔 단순 모형이라 동쪽 41.2 시간 비행은 −98.9 ns, 서쪽 48.6 시간 비행은 +337 ns 로 실제 비행길의 값과 다르지만, «동쪽은 늦고 서쪽은 빠르다» 는 방향은 같습니다.
💡 생활 속 예시
- 해외여행 비행기를 타는 동안 내 손목시계도 이론으로는 땅과 수십 ~ 수백 ns 어긋나지만, 세슘 원자시계가 아니면 잴 수 없습니다.
- 폰은 통신망에서 받은 시각으로 시계를 맞추므로, 비행기에서 내려 전원을 켜면 다시 땅의 표준 시각에 맞춰집니다.
누가 왜 찾았나
세인트루이스 워싱턴 대학의 물리학 조교수 하펠레는 원자시계를 비행기에 실어 시간 지연을 재자는 생각을 냈고, 미 해군 천문대 천문학자 키팅과 함께 미 해군 연구청(ONR)에서 8 000 달러를 받아 실험했습니다 — 돈은 대부분 비행기 표값이었습니다. 결과는 1972 년 7 월 14 일 Science 177 권에 실렸습니다.
확인된 값
교육과정에서는
- 한국 2022 · 물리학 · 빛과 물질 [12물리03-06]
- 한국 2022 · 역학과 에너지 · 시공간과 운동 [12역학01-06]
- 한국 2022 · 과학탐구실험1 · 과학의 본성과 역사 속의 과학 탐구
출처
- https://www.dvidshub.net/news/printable/407785(확인 2026-11-12)
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