Όταν ο Αϊνστάιν παρουσίασε τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας το 1905, η κατανόησή μας για το σύμπαν άλλαξε για πάντα. Πριν από αυτόν, οι επιστήμονες περιέγραφαν κάθε «σημείο» στο σύμπαν χρησιμοποιώντας μόνο τέσσερις συντεταγμένες: τις τρεις χωρικές θέσεις συν το χρόνο, για να δείξουν πότε συνέβη ένα συγκεκριμένο γεγονός.
Όλα αυτά άλλαξαν όταν ο διάσημος επιστήμονας συνειδητοποίησε ότι αν κινείστε σε σχέση με έναν άλλο παρατηρητή, θα γερνάτε λιγότερο από οτιδήποτε άλλο παραμένει ακίνητο. Κάθε φορά που ένας παρατηρητής κινείται στο σύμπαν σε σχέση με έναν άλλο, θα βιώνει διαστολή του χρόνου. Το ρολόι του θα χτυπάει πιο αργά από τον ακίνητο παρατηρητή. Αυτή η μεγάλη αλήθεια έχει δοκιμαστεί πολλές φορές τον τελευταίο αιώνα, ακόμη και με τη χρήση ρολογιών σε αεροπλάνα.
Η βαρυτική συνεισφορά
Όταν ο Αϊνστάιν παρουσίασε για πρώτη φορά τη θεωρία της ειδικής σχετικότητας, υπήρχε ένα στοιχείο που έλειπε: δεν έλαβε υπόψη του τη βαρυτική έλξη, τη βαρύτητα. Δεν είχε ιδέα ότι η γειτνίαση με μια μεγάλη μάζα θα μπορούσε επίσης να αλλάξει τη ροή του χρόνου. Λόγω της περιστροφής και της ελκτικής βαρύτητας κάθε σωματιδίου που απαρτίζει τη Γη, ο πλανήτης μας διογκώνεται στον ισημερινό και συμπιέζεται στους πόλους. Ως αποτέλεσμα, η βαρυτική έλξη της Γης στους πόλους είναι πολύ λίγο ισχυρότερη (περίπου 0,4%) από ό,τι στον ισημερινό.
Η θεωρία της ειδικής σχετικότητας, επομένως, έπρεπε να επεκταθεί και να ληφθεί υπόψη η βαρυτική συμβολή: έτσι καταλήξαμε στη θεωρία της γενικής σχετικότητας. Ο αρχικός στόχος του Αϊνστάιν, ωστόσο, ήταν να χρησιμοποιήσει ρολόγια για να επαληθεύσει την εγκυρότητά της. Μόλις τη δεκαετία του 1950 κατέστη δυνατό να ελεγχθεί η αποτελεσματικότητά της, καθώς τα ρολόγια χαλαζία ή τα μηχανικά ρολόγια δεν ήταν αξιόπιστα για αυτού του είδους τα πειράματα. Έτσι δημιουργήθηκε το ατομικό ρολόι: η ιδέα ήταν να χρησιμοποιηθεί η δονητική συχνότητα ενός ατόμου για την τήρηση του χρόνου.
Το πείραμα Hafele-Keating
Χάρη στο πείραμα Hafele-Keating κατέστη δυνατό να επαληθευτούν με εξαιρετική ακρίβεια οι επιδράσεις του βαρυτικού πεδίου της Γης στο πέρασμα του χρόνου. Ήταν το 1971. Οι αστρονόμοι Richard Keating και Joseph Hafele πήραν τρία ατομικά ρολόγια. Άφησαν το ένα στο αεροδρόμιο και πήραν τα άλλα δύο σε δύο πτήσεις γύρω από τον κόσμο, η μία προς την αντίθετη κατεύθυνση από την άλλη. Το ένα που πετούσε ανατολικά πήγαινε επίσης προς την ίδια κατεύθυνση με την περιστροφή της Γης. Και επειδή η κίνηση του αεροπλάνου και η περιστροφή του πλανήτη πήγαιναν προς την ίδια κατεύθυνση, οι ταχύτητές τους προστέθηκαν επίσης: λιγότερος χρόνος θα περνούσε για τους δείκτες του. Η άλλη τραβήχτηκε πάνω σε ένα αεροπλάνο που κινούνταν δυτικά, άρα αντίθετα με την περιστροφή της Γης.
Ο χωροχρονικός ιστός
Κατά την επιστροφή τους, τα τρία ρολόγια δεν ήταν πλέον συγχρονισμένα: αυτό που είχε ταξιδέψει ανατολικά (προς την ίδια κατεύθυνση με την περιστροφή της Γης) ήταν 59 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου πίσω από το ρολόι που είχε παραμείνει στο αεροδρόμιο. Το ρολόι που είχε ταξιδέψει δυτικά (και επομένως ενάντια στην περιστροφή της Γης) ήταν 273 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μπροστά. Αυτές είναι προφανώς ανεπαίσθητες τιμές, αλλά απέδειξαν για άλλη μια φορά πόσο δίκιο είχε ο Αϊνστάιν.
