Relativitas einstein,,,(FOKUS)

Asslamualaikum wr wb,

 

Relativitas adalah mengenai kecepatan cahaya dalam (c) yang tetap atau konstan bagi semua pengamat, baik pengamat yang diam maupun yang bergerak. Sumber cahayanya pun terserah, bisa diam, bisa bergerak. .. Kecepatan c adalah kecepatan tertinggi yang dapat dicapai oleh cahaya. Kecepatan materi atau partikel (v) selalu kurang dari c, dinyatakan dengan v. Kalau bayangan, atau yang semacamnya, yang bukan materi atau gelombang elektromagnetik, bisa saja bergerak lebih cepat dari c.

Sementara c invarian, waktu adalah varian. Kalau saya sedang diam, sedangkan anda sedang terbang dalam pesawat, maka saya melihat waktu anda berjalan lebih lambat daripada waktu saya. Oleh karena itu kita bisa pergi ke masa depan orang lain, yaitu dengan pergi naik pesawat yang luar biasa cepat selama beberapa waktu, lalu kembali. Ketika kita kembali, orang-orang yang kita tinggalkan umurnya bertambah lebih banyak dari bertambahnya umur kita, tergantung kecepatan pesawat yang kita naiki. Kalau kita pergi cukup cepat dan lama, ketika kita kembali mungkin kita mendapati orang-orang yang kita tinggalkan itu sudah tidak ada, dan zaman sudah jauh berbeda. Pesawat kita menjadi kuno bagi zaman kemana kita pulang. Jadi kita pulang ke zaman yang lebih maju.(mantep coy,,,)

Satu lagi, teori relativitas khusus memberi kita persamaan E=mc². Energi adalah manifestasi dari massa, dan sebaliknya. Bukti untuk persamaan ini disusun oleh Einstein setelah ia membayangkan sebuah eksperimen yang melibatkan sebutir foton( partikel elementer dalam fenomena elektromagnetik) di dalam sebuah kotak yang diam.  foton adalah benda yang tak memiliki massa, tetapi memiliki momentum, tak bisa diam, dan selalu bergerak dengan kecepatan c dalam vakum. Foton adalah paket gelombang elektromagnetik. (Dalam mekanika klasik, momentum adalah perkalian massa dengan kecepatannya, p=mv. Menurut Maxwell, gelombang elektromagnetik, sekalipun tak memiliki massa, bila ia memiliki energi E maka ia memiliki momentum sebesar p=E/c). Eksperimen ini tidak dilakukan di laboratorium, tetapi hanya terjadi dalam pikiran Einstein, didasari hukum kekekalan momentum. Hasilnya: E=mc². Hasil lainnya: Bom atom (tiga puluh tahun kemudian).

Teori relativitas umum adalah mengenai gravitasi.

Sering kita dengar gravitasi ditambahi kata gaya, sehingga menjadi gaya gravitasi, lalu ditambahi lagi dengan kata bumi sehingga menjadi gaya gravitasi bumi, atau diterjemahkan sebagai gaya tarik bumi.

Gravitasi bukan gaya, tetapi percepatan atau akselerasi, yaitu laju perubahan kecepatan. Contohnya, kalau anda menginjak pedal gas dan mobil anda bergerak dari berhenti (0 km/jam) sampai 100 km/jam dalam waktu 10 detik, maka percepatan anda adalah (100/10) km/jam/detik, atau 10 km/jam/detik. Dengan kata lain, setiap detik kecepatan anda bertambah 10 km/jam. Selama sepuluh detik itu anda merasakan ada gaya yang mendorong anda ke senderan kursi. Makin besar percepatan, makin besar gaya yang anda rasakan. Percepatan menyebabkan gaya.

Bila setelah itu anda kendalikan pedal gas sehingga kecepatan anda tetap 60 km/jam, dan berjalan lurus, maka tidak ada lagi percepatan, tak ada lagi gaya yang anda rasakan. Mobil anda menjadi kerangka acuan inersial. Sekarang anda dapat mengatakan bahwa mobil anda yang diam, dan pohon-pohon dan tiang listrik sepanjang jalan itu yang bergerak melintasi anda dengan kecepatan 60 km/jam di kiri kanan anda. Persis seperti kita mengatakan matahari mengelilingi bumi. Karena bumi berotasi (berputar pada sumbunya) dan mengorbit matahari dengan kecepatan tetap, tak ada percepatan, maka gerakan rotasi dan orbit itu tidak menyebabkan gaya-gaya yang dapat kita rasakan, sehingga kita merasa bumi ini diam, dan matahari-lah yang mengelilingi bumi. Bagi fisika, diam dan bergerak dengan kecepatan tetap memang sama saja. Maksudnya, hukum-hukum fisika bekerja dengan cara yang sama baik pada kerangka acuan yang diam maupun pada kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap.

Kalau kita mengalami percepatan, kita merasakan gaya. Kita merasakan gaya karena kita memiliki massa. Rumusnya, menurut mekanika klasik (Newton), F=ma. Gaya adalah perkalian antara massa dengan percepatan.

Gravitasi adalah percepatan yang disebabkan oleh massa. Gravitasi bumi dihitung dengan rumus Newton, g=Gm/r². Bila konstanta gravitasi G=6,67^-11 m³/kg/det², massa bumi m= 5,97²⁴ kg, dan radius efektif bumi r= 6371000 meter, maka ketemu gravitasi bumi g=9,82 m/det². Untuk gampangnya, kita gunakan angka g=10 m/det².

Semua benda yang berada dipermukaan bumi mengalami percepatan sebesar 10 m/det² ke arah pusat bumi. Secara individual kita merasakannya sebagai berat badan. Berat itu sebenarnya gaya, sehingga satuannya N (Newton). Tetapi karena kita sehari-hari menggunakan satuan kg, tak apalah. Kilogram sebenarnya satuan massa. Kalau anda menimbang badan anda, dan terbaca misalnya massa anda 65 kg, maka gaya yang menekan anda sehingga anda tetap melekat dipermukaan bumi adalah 650 Newton.

Kalau anda melompat keluar dari pesawat yang sedang terbang, terjun payung misalnya, anda akan mengalami percepatan sebesar 10 m/det², sehingga setiap detik kecepatan jatuh anda bertambang sebesar 10 meter per detik. Massa anda tidak berpengaruh. Seandainya udara tidak menghambat kejatuhan anda, dalam waktu 5 detik kecepatan anda akan mencapai 50 meter per detik, atau 180 km/jam. Begitu anda menjejak bumi (harapannya dengan selamat), percepatan ini tidak berhenti. Sekarang, seolah-olah permukaan bumi yang bergerak ke atas, makin lama makin cepat, mendorong anda dengan percepatan 10 m/det², sehingga anda melekat di permukaan bumi, berdiri maupun terkapar.

Lho, kalau permukaan bumi ini mendorong kita ke atas dengan kecepatan yang setiap detik bertambah, sedangkan bumi ini bulat, berarti bumi ini sedang mengembang, dong, dan makin lama makin cepat pula mengembangnya. yups, kalimat di atas itu benar menurut relativitas umum, dimana ruang berdimensi empat. Dilihat sebagai benda berdimensi tiga, bumi tidak mengembang, tetapi menarik benda-benda melekat kepadanya.

Singkat kata, menurut mekanika klasik (atau mekanika Newton), massa menyebabkan gravitasi. Bila ada massa lain didekatnya sejauh r, maka terjadi gaya tarik menarik antar mereka, sebesar F=Gm₁m₂/r². G adalah konstanta gravitasi.

Gravitasi menurut Newton bersifat: 1. Selalu tarik menarik, dan 2. Bekerja pada jarak sejauh apapun. Karena ia berbanding terbalik dengan jaraknya, maka makin jauh jaraknya makin kecil gayanya. Gaya inilah yang menyebabkan benda-benda langit mengorbit (jatuh bebas) satu sama lain. Rumus gaya ini hanya melibatkan dua massa. Kalau massa yang terlibat lebih dari dua, perhitungannya jadi rumit. Untunglah, gaya berbanding dengan kuadrat jarak, sehingga massa yang jauh dapat diabaikan, sehingga membuat perhitungan tetap akurat.

Bila rumus klasik ini diterapkan pada sistem tatasurya, maka perhitungan dapat dikatakan sesuai dengan pengamatan, dalam arti prediksi orbit dan posisi semua satelit matahari sesuai dengan pengamatan, kecuali Mercury. Mercury adalah planet terdekat ke matahari dalam sistem tatasurya, sehingga tidak mudah dilihat oleh kita di Bumi. Namun Mercury telah menjadi subyek diskusi berkepanjangan para ahli sejak abad yang lalu karena orbitnya melenceng dari perhitungan mekanika Newton. Melencengnya sih sangat sedikit, tetapi cukup untuk menjadikan mekanikanika Newton seperti tak berdaya menghadapi Mercury.

Datanglah teori relativitas umum, yang menggabungkan teori relativitas khusus dengan gravitasi. Bila Newton menganggap gravitasi bekerja serta merta, tanpa waktu penjalaran, relativitas umum tentu saja memasukkan faktor kecepatan cahaya c.

Masalahnya, persamaan relativitas Einstein lebih bersifat persamaan medan daripada persamaan gaya. Karena medan adalah nilai dan arah dalam ruang, maka persamaan Einstein juga disebut sebagai persamaan geometri ruang berdimensi empat.

Persamaannya begini:

Rμν - ½ gμν R+ gμνL=(8π GTμν)/c⁴

Kelihatannya sederhana?

Tapi ini adalah persamaan tensor yang sangat sulit (atau bahkan mustahil?) divisualisasikan, karena berdimensi empat. Tetapi kita mengenali dua komponen (konstanta) dalam persamaan itu, yakni G dan c, selain tentu saja π.
Kita ini mahluk berdimensi tiga, yang mengenal panjang, lebar, dan tinggi, yang kita sebut ruang. Kita juga mengenal waktu, yang dianggap terpisah dari ruang. Kita juga terbiasa dengan visualisasi ruang dalam kordinat Cartesian, yakni dimensi panjang, lebar, dan tinggi yang saling tegak lurus satu sama lain. Inilah ruang tiga dimensi. Lha kalau ruang empat dimensi, satu dimensi lagi (waktu) yang tegak lurus kepada tiga sumbu yang lain itu bagaimana menggambarkannya? Ya memang sulit. Kecuali kalau tiga sumbu yang punya satuan sama itu (panjang, lebar dan tinggi) kita jadikan satu garis, lalu kita tarik garis tegak lurus kepadanya sebagai sumbu waktu.

Kalau kita mendengar kata medan listrik, maka kita tahu maksudnya adalah medan yang ada diantara dua pelat atau titik bermuatan listrik dengan polaritas yang berlawanan, dan disepakati dapat digambarkan dengan anak panah yang mengarah dari muatan positif ke muatan negatif. Karena muatan listrik dapat berada pada satu benda, maka benda bermuatan listrik positif akan memancarkan medan listrik mengarah ke luar ke segala arah. Sedangkan benda bermuatan listrik negatif memiliki medan yang arahnya menuju dirinya sendiri.

Demikian pula dengan medan magnet. Ia dapat digambarkan dengan panah. Hanya saja, kutub magnet tak dapat berdiri sendiri. Tak ada magnet yang hanya berisi kutub U(tara) saja, atau S(elatan) saja. Sebuah magnet selalu memiliki U dan S.

Gravitasi? Gravitasi juga suatu medan.

Bahkan materi juga suatu medan. Ini mula-mula diperlihatkan oleh de Broglie beberapa tahun setelah Einstein mengumumkan teroti relativitas umum. Pada awalnya de Broglie membuktikan bahwa elektron juga memiliki karakteristik gelombang, seperti foton. Foton (menurut Einstein) adalah paket cahaya, yakni gelombang elektromagnetik yang memiliki karakteristik seperti partikel (Einstein memperoleh hadiah Nobel karena penjelasannya mengenai foton ini, bukan karena teori relativitas). Bila diekstrapolasi lebih jauh, karena tubuh kita juga terdiri atas elektron, maka materi juga mempunyai sifat gelombang.

Pada gelombang suara kita mengenal istilah efek Dopler. Bunyi mobil yang mengarah mendekati kita derumannya terdengar bernada lebih tinggi dibandingkan bunyinya setelah melewai kita dan menjauh. Atau, panjang gelombang yang kita terima lebih pendek ketika ia mendekat, dibandingkan dengan ketika ia menjauh.

Untuk alasan yang berbeda, Lorentz menunjukkan bahwa benda-benda memendek searah dengan arah gerakannya. Sekedar analogi, ini mengisyaratkan bahwa benda-benda (materi) seolah-olah mengalami efek dopler, atau bersifat gelombang, seperti diperlihatkan oleh de Broglie.

Einstein menariknya lebih jauh. Segala sesuatu itu medan, medan energi, dalam empat dimensi. Materi adalah medan atau energi yang mengalami pemampatan. Medan disekitar materi adalah medan yang mengalami kerutan, yang dirasakan sebagai gravitasi. Dulu, Newton menyadari ini dari arah yang berlawanan. Materi dulu, maka ada gravitasi. Menurut Einstein, segala sesuatu itu kontinyu, medan energi, kalau berkerut maka ada gravitasi. Kalau berkerutnya sangat padat, jadilah materi.

Pada persamaan Einstein di atas, ada suku yang mengandung (lambda). Ini adalah cosmological constant yang dipasang Einstein di sini sebelum ia mengetahui dari Hubble bahwa alam ini mengembang. Lambda dimaksudkan sebagai faktor yang menahan alam ini dari mengembang. Jadi lambda yang dimasukkan pertama itu katakanlah bernilai negatif. Ketika Hubble membuktikan bahwa alam ini mengembang, Einstein mengatakan: “Lambda adalah kesalahan saya terbesar dalam hidup ini”. Namun sekarang lambda kembali masuk ke dalam persamaan dengan nilai positif, karena diketahui bahwa alam semesta ini bukan hanya mengembang, tetapi mengembang dengan percepatan. Sepertinya ada gravitasi yang berlawanan dengan yang kita kenal, yakni saling menolak, dan makin kuat pada jarak yang makin jauh. Gaya yang menyebabkan alam ini mengembang rupanya bukan hanya akibat ledakan besar (big bang). Gak tau apa.

Wallahualam Bisawab

 

pembaca yang baik selalu meningalkan komentar setelah membaca?