Tijdsdilatatie
Wanneer een object een snelheid ten opzichte van een waarnemer heeft die de lichtsnelheid benadert, gaat de tijd voor dat object trager, gezien vanuit die waarnemer. Dat fenomeen wordt tijdsdilatatie of tijddilatatie genoemd. Een veel aangehaald voorbeeld is de tweelingparadox. De tijdsdilataitie heeft ook plaats bij lagere snelheden maar is dan te klein om merkbaar te zijn. De tijdsdilatatie wordt verklaard door de speciale relativiteitstheorie.
[bewerk] Grootte van het effect
De formule voor het berekenen van de tijdsduur t die, volgens de waarnemer, door het bewegende object ervaren wordt terwijl de waarnemer een tijdsduur t0 ervaart, is:
met γ de Lorentz-factor. Hieruit volgt dat t kleiner is dan t0: de tijd van het bewegende object is dus trager.
Bij snelheden die de mens kan bereiken, is dit effect zeer klein. Het kan dan alleen met de nauwkeurigste klokken gemeten worden. In de buurt van de lichtsnelheid wordt het echter zeer groot. Als de lichtsnelheid bereikt zou worden, zou de tijd van het object volgens de waarnemer stilstaan. Voor een object (met een zekere massa) is dat echter onmogelijk, omdat het oneindig veel energie zou vergen.
[bewerk] Wederkerigheid
Het lijkt er op dat de tijdsdilatatie hiermee een objectieve methode geeft om te bepalen welke waarnemer stilstaat en welke beweegt: de waarnemer wiens klok het snelst loopt, staat stil. Dit is echter niet het geval; de relativiteitstheorie gaat er juist vanuit dat alle snelheden relatief zijn. Dus terwijl de eerste waarnemer ervan overtuigd is dat de klok van de tweede te traag loopt, vindt de tweede waarnemer datzelfde van de klok van de eerste.
Dit klinkt onmogelijk, maar het kan wel, doordat ook het begrip gelijktijdigheid relatief is. Volgens de eerstgenoemde waarnemer is bijvoorbeeld het moment dat zijn klok 1 uur aangeeft, gelijktijdig met het moment dat de klok van de ander een half uur aangeeft – de ander zou dus vertraagde tijd hebben. Maar volgens de ander was dat moment, waarop zijn klok een half uur aangaf, juist gelijktijdig met het moment waarop de klok van de eerste een kwartier aangaf – dus díe had vertraagde tijd. Wie van de twee "gelijk" heeft is op geen enkele manier na te gaan, want de genoemde klok-aflezingen gebeuren op verafgelegen plaatsen. Ook met licht- of radiosignalen is het niet objectief vast te stellen, want die signalen doen ook enige tijd over het afleggen van de afstand, en ook over die tijdsduur zouden de waarnemers het niet eens worden.
Ter illustratie van de tijdsdilatatie heeft Albert Einstein de tweelingparadox bedacht, een gedachtenexperiment waarbij twee waarnemers van elkaar denken dat de tijd van de ander vertraagd is.
[bewerk] Experimentele verificatie
De tijdsdilatatie is meer dan een theoretische constructie. Men heeft experimenteel aangetoond dat het effect echt bestaat:
- In de hogere atmosfeer worden door botsing tussen kosmische straling en de atmosferische deeltjes muonen gevormd. Die deeltjes zijn zeer onstabiel en vervallen bijna onmiddellijk. Zelfs met een snelheid die de lichtsnelheid benadert, zouden ze niet lang genoeg bestaan om bij de aardbodem te komen. Nu kunnen er daar toch veel muonen gemeten worden. Dat komt omdat deze muonen zo snel gaan dat de tijd voor hen trager gaat en ze dus in hun "tijdservaring" snel genoeg vervallen.
- Men heeft snelle vliegtuigen uitgerust met zeer nauwkeurige atoomklokken. Na een reis rond de aarde bleken de klokken iets minder tijdsduur gemeten te hebben dan klokken die op aarde waren gebleven.
