Hai chiếc đồng hồ đi ngược nhau vòng quanh thế giới, về nhà không còn chỉ cùng một giờ

Bạn có biết, hai chiếc đồng hồ đi vòng quanh thế giới theo 2 hướng ngược nhau, sẽ cho ra kết quả khác nhau khi đem ra đối chiếu?

Một trong những thí nghiệm hết sức nổi tiếng về thuyết tương đối của Einstein, có lẽ là thí nghiệm Hafele-Keating, được thực hiện vào tháng 10 năm 1971. Thí nghiệm này do nhà vật lý Joseph C. Hafele và phi hành gia Richard E. Keating thực hiện. Họ mang theo 4 chiếc đồng hồ nguyên tử Cesium bay 2 vòng xung quanh thế giới: một lần xuất phát về hướng Đông, và một lần hướng Tây. Khi đem so sánh với nhưng chiếc đồng hồ đặt tại đài quan sát Hải quân Hoa Kỳ, họ phát hiện thấy sự chênh lệch về mặt thời gian, và kết quả này có vẻ phù hợp với thuyết tương đối.

“Tháng 10 năm 1971, 4 chiếc đồng hồ nguyên tử Cesium được đặt trên 2 chuyến bay vòng quanh thế giới, một chuyến đi về hướng Đông, một chuyến đi về hướng Tây, để thử nghiệm thuyết tương đối của Einstein với đồng hồ vĩ mô. Theo giả thuyết, khi so sánh với đồng hồ đối chiếu đặt tại đài quan sát Hải quân, chiếc đồng hồ đi về hướng Đông sẽ có thời gian co là 40 ± 23 phần tỷ giây, và thời gian giãn ở chiếc đồng hồ đi về hướng Tây là 275 ± 21 phần tỷ giây. Kết quả thực tế, thời gian co là 59 ± 10 phần tỷ giây, còn thời gian giãn là 273 ± 7 phần tỷ giây, với sai số nằm trong khoảng chấp nhận được”.

Chiếc đồng hồ sử dụng trong thí nghiệm Hafele-Kieting.

Trong bài viết của mình về thuyết tương đối hẹp năm 1905, Albert Einstein cũng có đề ra một phép thử cho giả thuyết: “Chúng ta có thể đưa ra kết luận rằng, một chiếc đồng hồ đặt tại đường xích đạo, sẽ chậm hơn, dù chỉ một khoảng rất nhỏ thôi, so với chiếc đồng hồ đặt tại một trong hai đầu cực – trong các điều kiện tương đồng với nhau”. Nhưng lúc bấy giờ, thuyết tương đối của Einstein vẫn chưa phát triển toàn diện, nên ông không nhận ra được rằng, thí nghiệm như vậy khi thực hiện, sẽ cho ra kết quả tương đồng với nhau. Bởi lẽ, bề mặt Trái đất là đẳng thế trọng lực (gravitational equipotential), vậy nên tác động của động học sẽ bù trừ với khoảng giãn nở trọng lực của thời gian.

Đến nay, thí nghiệm Hafele-Keating đã được thực hiện lại bằng các phương tiện hiện đại và chính xác hơn. Các nhà vật lý học, từ năm 1970, cũng dần đi đến đồng thuận rằng, tác động của lực hấp dẫn, và của động lực học lên thời gian hoàn toàn có cơ sở, từ đó bác bỏ được những lời chỉ trích thí nghiệm này trước đây.