일반 상대성 이론의 하나 인 "시간 지연"은, 어떤 두 지점에 걸리는 중력이 다른 경우, 두 지점의 시간이 각각 다르게 진행된다는 현상이다. "중력이 다르다"라고 말하면, 지구상과 우주 정도의 차이가 필요한 것처럼 보이지만, 실제로는 지구상에서도 불과 33cm의 고저차로 시간 지연이 관측 가능한 것으로 밝혀졌다.
미국 국립 표준 기술 연구소(NIST) 연구팀이 2010년에 실시한 실험에 의해, 불과 33cm의 높이에서도 시간 지연이 발생하는 것으로 밝혀졌다. 실험에서는, 원자 등의 스펙트럼 선을 이용하여 시간을 재는 원자 시계가 사용되어졌다. 원자 시계는 수많은 시계 중에서도 매우 높은 정확도를 가진 시계로, 동작 중에 발생하는 오차는 3000년~3000만년에 1초 정도라는 것.
NIST의 연구팀은, 2010년 시점에서 세계 최고 수준의 성능을 가진 원자 시계 2대의 동작을 비교하여 실험을 실시했다. 시계는 모두 대전 된 알루미늄 원자의 에너지 레벨이 변경 될 때 발생하는 1000조 회 이상의 진동을 이용하여 시간을 측정하는 시계이다. 2개의 시계는 각각 NIST의 다른 실험실에 두고, 길이 약 75m의 광섬유로 연결되어있었다.
실험에서는, 먼저 원자 시계 중 하나를 실험실 바닥에 놓고, 또 다른 하나를 바닥에서 약 33cm 높은 위치에 배치하여, 각각의 시간의 진행 방향에 차이가 생기는지를 측정. 그 결과, 매우 근소한 차이로 높은 위치에 있는 시계는, 시간의 진행이 빨랐고 낮은 위치에있는 시계는 시간의 진행이 느렸다는 결과를 얻을 수 있어, 단 33cm의 차이로 시간 지연이 발생하는 것으로 밝혀졌다.
또한, 실험에서 관측 된 시간 지연은 인간이 지각 할 수 없을 정도로 매우 작은 것이었다. 연구팀에 따르면, "인간이 지구상에서 일생 동안에 경험하는 시간의 지연은 인생을 80년으로 봤을 때, 약 900억분의 1초 정도이다"라는 것.
NIST의 연구원으로 논문의 대표 저자 인 제임스 칭웬 차우 씨는, 알루미늄을 이용한 원자 시계가 매우 높은 정확도를 가지고 있었기 때문에, 시간 지연을 입증하는 작은 변화를 감지 할 수 있다고 말했다.
2020년에는 시간 지연을 검출하기 위한 원자 시계의 일종 인 광학 격자 시계 등을 사용한 실험이 이루어지고 있으며, 일본에서도 도쿄 스카이 트리 전망대와 지상 사이에서 발생하는 시간 지연을 관측하는 데 성공했었다고 도쿄 대학의 연구팀에 의해 보고되었다.
