بیش از یک قرن پیش، نظریهی نسبیت عام انیشتین درک بشر از جهان را متحول کرد و از آن زمان، دانشمندان دریافتهاند که حرکت زمان ثابت نیست. ازجمله پیامدهای غمانگیز نسبیت عام این است که زمان در بالای هر پلکانی در زمین، درمقایسهبا کف آن سریعتر میگذارد.
علت این پدیدهی گیجکننده آن است که هرچه جسمی به زمین نزدیکتر باشد، تأثیر گرانش بیشتر است. ازآنجاکه نسبیت عام گرانش را بهعنوان تابخورگی فضا و زمان توصیف میکند، خودِ زمان در ارتفاعات بالاتر و فواصل دورتر از زمین که گرانش تأثیر کمتری دارد، با سرعت کمتری حرکت میکند.
بنابراین، اگر زمان با گرانش در ارتباط باشد، آیا بدانمعنا است افرادی که در بالای کوهها قرار دارند، درمقایسهبا افرادی که در سطح دریا قرار دارند، سریعتر پیر میشوند؟ آیا افزایش گرانش واقعاً موجب میشود که افراد کندتر پیر شوند؟
جیمز چین ون چو، فیزیکدان مؤسسهی ملی فناوری و استانداردها (NIST) در بولدر کلرادو، به لایوساینس گفت برای همهی اجرامی که از میدان گرانشی دور هستند، زمان کُندتر میگذرد. این بدانمعنا است افرادی که در ارتفاعات زندگی میکنند، کمی سریعتر از کسانی که در سطح دریا قرار دارند، پیر میشوند. چو گفت:
تفاوتها جزئی، اما اندازهگیریکردنی هستند. اگر بهمدت ۳۰ سال در قلهی اورست بنشینید که ۸,۸۴۸ متر بالاتر از سطح دریا قرار دارد، درمقایسهبا حالتی که همان ۳۰ سال را در سطح دریا بگذرانید، ۰/۹۱ میلیثانیه پیرتر خواهید بود.
بهطورمشابه، اگر دوقلویی که در سطح دریا زندگی میکنند، برای ۳۰ سال ازهم جدا شوند و یکی از آنها به شهرستان بولدر در ایالات کلرادو برود که در ارتفاع ۱,۸۰۰ متری سطح دریا قرار دارد و دیگری در همان جا بماند، وقتی آنها پس از ۳۰ سال دوباره درکنارهم قرار گیرند، دوقلویی که در ارتفاعات بالا سکونت کرده است، درمقایسهبا دوقلوی ساکن در سطح دریا ۰/۱۷ میلیثانیه پیرتر خواهد بود.
پژوهشگران NIST در آزمایشی حیرتانگیز، از یکی از دقیقترین ساعتهای اتمی جهان استفاده کردند و نشان دادند که زمان حتی در ۰/۰۰۸ اینچی (۰/۲ میلیمتر) بالاتر از سطح زمین، سریعتر حرکت میکند.
توبیاس باثول، فیزیکدان NIST و یکی از نویسندگان مقالهای است که سال ۲۰۲۲ در مجلهی نیچر منتشر شد و این آزمایش را توصیف کرد. وی گفت: «اینها فقط محاسبات نیستند. ما شاهد تغییراتی در حرکت ساعت در فاصلهای بهاندازهی ضخامت یک تار موی انسان بودهایم.»
نکتهی مهم برای درک این موضوع که چرا اجرام عظیم عبور زمان را منحرف میکنند، دانستن این مسئله است که فضازمان محیطی چهاربُعدی است که از سه بُعد فضایی (بالا یا پایین و راست یا چپ و جلو یا پُشت) و یک بُعد زمانی (گذشته یا آینده) تشکیل شده است. در مدل نسبیتی، وقتی هر جسم دارای جرم آن محیط را کج و همزمان فضا و زمان را خم کند، گفته میشود که گرانش وجود دارد.
اندرو نورتون، استاد اخترفیزیک دانشگاه آزاد انگلستان، در ایمیلی به لایوساینس گفت:
در موقعیتهای غیرروزمره پدیدهی توصیفشده که اتساع زمان گرانشی نامیده میشود، میتواند موجب آشفتگی شود. بهگفتهی نورتون، ماهوارههای جیپیاس که در ارتفاع ۲۰,۱۸۶ کیلومتری دور زمین میچرخند، باید باتوجهبه این واقعیت تنظیم شوند که در طول ۲۴ ساعت، ساعتهای آنها درمقایسهبا ساعتهای روی زمین، ۴۵/۷ میکروثانیه سریعتر حرکت میکند. چو میگوید:
از دیدگاه فردی، واضح است که گرانش موجب میشود دیرتر پیر شویم. هرچند این پدیده فقط در حد چند میلیثانیه است و سکونت در سطح دریا استراتژی ضدپیری مناسبی نیست. فراموش نکنید که زمان هم گرانبها و هم زودگذر است؛ خصوصاً زمانی که از اجسام دارای جرم دور باشیم.