La dilatazione dei tempi dovuta alla gravitazione è una proprietà geometrica dello spazio-tempo quando questo è curvo. Se vogliamo misurare la dilatazione dei tempi, ovviamente non possiamo farlo con un solo orologio: dobbiamo trovare il modo di effettuare un confronto tra due orologi uguali (che funzionano secondo lo stesso principio) che però non possono trovarsi nello stesso luogo, visto che vogliamo rilevare la differenza che c’è con e senza campo gravitazionale. In concreto quindi dovremo inviare l’informazione utile al confronto da un orologio all’altro, in pratica da un punto vicino alla massa gravitante a uno molto lontano dalla stessa e poi fare il confronto. Questa trasmissione implica la propagazione di segnali, generalmente elettromagnetici, e la propagazione avviene nello spazio tempo curvo.

Un’altra osservazione è che i due orologi considerati nella domanda funzionano entrambi sulla base di un gradiente di potenziale gravitazionale, mentre, per poter confrontare le due situazioni occorre che localmente i fenomeni fisici periodici avvengano allo stesso modo cioè a prescindere da gradienti di potenziale; insomma il campo gravitazionale può essere diverso ma localmente, alla scala dell’orologio, deve essere omogeneo. Una situazione del genere, per condizioni fisiche non estreme (tipo orizzonti di buchi neri), si verifica per oscillazioni atomiche. La struttura dello spettro di un atomo rilevata localmente nel campo gravitazionale, per esempio, della superficie del sole è esattamente la stessa che si rileva localmente per lo stesso atomo nello spazio profondo lontano da qualsiasi stella. Quando, sulla base del comportamento di un atomo nella prima condizione, si ricava un segnale orario e lo si trasmette all’altro orologio remoto si scopre che il periodo risulta essere maggiore di quello misurato in assenza di campo gravitazionale.