Einsteins algemene relativiteitstheorie stelt dat een massief lichaam zoals de aarde de ruimte-tijd kromt, waardoor de tijd langzamer gaat als je het object nadert - dus een persoon op de top van een berg veroudert een klein beetje sneller dan iemand op zeeniveau.

Amerikaanse wetenschappers hebben de theorie nu op de kleinste schaal ooit bevestigd, waarmee ze aantonen dat klokken met verschillende snelheden tikken wanneer ze worden gescheiden door fracties van een millimeter.

Jun Ye, van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de University of Colorado Boulder, vertelde AFP dat hun nieuwe klok "veruit" de meest nauwkeurige is die ooit is gebouwd - en de weg zou kunnen effenen voor nieuwe ontdekkingen in de kwantummechanica, de regelboek voor de subatomaire wereld.

Ye en collega's publiceerden hun bevindingen woensdag in het prestigieuze tijdschrift Nature , waarin de technische vooruitgang werd beschreven waarmee ze een apparaat konden bouwen dat 50 keer nauwkeuriger is dan de beste atoomklokken van vandaag.

Pas met de uitvinding van atoomklokken - die de tijd bijhouden door de overgang te detecteren tussen twee energietoestanden binnen een atoom dat is blootgesteld aan een bepaalde frequentie - konden wetenschappers de theorie van Albert Einstein uit 1915 bewijzen.

Vroege experimenten omvatten de Gravity Probe A van 1976, waarbij een ruimtevaartuig betrokken was op 10.000 kilometer boven het aardoppervlak en die aantoonde dat een klok aan boord elke 73 jaar een seconde sneller was dan een equivalent op aarde.

Sindsdien zijn klokken steeds nauwkeuriger geworden, en dus beter in staat om de effecten van relativiteit te detecteren.

In 2010 observeerden NIST-wetenschappers de tijd met verschillende snelheden toen hun klok 33 centimeter (iets meer dan een voet) hoger werd gezet.

Theorie van alles

Ye's belangrijkste doorbraak was het werken met lichtbanen, ook wel optische roosters genoemd, om atomen in ordelijke rangschikkingen te vangen. Dit is om te voorkomen dat de atomen vallen als gevolg van de zwaartekracht of anderszins bewegen, wat resulteert in een verlies aan nauwkeurigheid.

In Ye's nieuwe klok zitten 100.000 strontiumatomen, op elkaar gestapeld als een stapel pannenkoeken, in totaal ongeveer een millimeter hoog.

De klok is zo nauwkeurig dat wanneer de wetenschappers de stapel in tweeën splitsten, ze verschillen in tijd in de bovenste en onderste helften konden detecteren.

Op dit nauwkeurigheidsniveau werken klokken in wezen als sensoren.

"Ruimte en tijd zijn met elkaar verbonden", zei Ye. "En omdat de tijdmeting zo nauwkeurig is, kun je in realtime zien hoe de ruimte verandert - de aarde is een levendig, levend lichaam."

Dergelijke klokken, verspreid over een vulkanisch actief gebied, zouden geologen het verschil kunnen vertellen tussen vast gesteente en lava, en helpen bij het voorspellen van uitbarstingen.

Of bestudeer bijvoorbeeld hoe de opwarming van de aarde ervoor zorgt dat gletsjers smelten en oceanen stijgen.

Wat Ye echter het meest opwindt, is hoe toekomstige klokken een volledig nieuw rijk van de natuurkunde zouden kunnen inluiden.

De huidige klok kan tijdsverschillen over 200 micron detecteren, maar als dat wordt teruggebracht tot 20 micron, zou hij de kwantumwereld kunnen onderzoeken, waardoor de ongelijkheden in theorie kunnen worden overbrugd.

Hoewel relativiteit prachtig verklaart hoe grote objecten zoals planeten en sterrenstelsels zich gedragen, is het beroemd incompatibel met de kwantummechanica, die zich bezighoudt met het zeer kleine.

Volgens de kwantumtheorie is elk deeltje ook een golf - en kan het meerdere plaatsen tegelijk innemen, wat bekend staat als superpositie. Maar het is niet duidelijk hoe een object op twee plaatsen tegelijk de ruimte-tijd zou vervormen, volgens de theorie van Einstein.

De kruising van de twee velden zou daarom de natuurkunde een stap dichter bij een verenigende "theorie van alles" brengen die alle fysieke verschijnselen van de kosmos verklaart.