Teori Relativitas Einstein Yang Meliuk

Kita niscaya sudah mendengar ihwal teori relativitas yang dikemukakan oleh Einstein, baik itu teori relativitas khusus ataupun teori relativitas umum. Sebenarnya apa sih teori relativitas itu? Sebelum kita ke pengertian teori relativitas, mari kita jabarkan dahulu pengertian relativitas. Relativitas yaitu keadaan yang tidak menentu atau tak tentu.
Sekarang kita beranjak ke pengertian teori relativitas itu sendiri. Teori relativitas yaitu teori yang berkaitan dengan medan yang melanjutkan perkembangan teori medan Faraday dan Maxwell.[1]
Seperti yang kita ketahui bahwa teori relativitas Einstein dibagi menjadi dua, yaitu teori relativitas khusus yang berkaitan dengan kelembaman atau pada keadaan tertentu atau pada bidang datar dan teori relativitas umum yang berkaitan dengan bidang lengkung atau membahas yang melingkupi teori relativitas khusus. 

A.    Asumsi dari Teori Relativitas

Teori relativitas khusus muncul sebagai cara untuk menjelaskan fakta-fakta mengenai elektromagnetisme. Sebelum Einstein mengemukakan persamaan relativitas khusus, ia memakai 2 perkiraan yang menurutnya benar dan sangat perlu, yaitu :

1)      Asas Relativitas

Menurut asas ini, mustahil untuk membedakan satu sistem dari yang lain kalau dua-duanya bergerak dengan kecepatan tetap (tidak dipercepat). Sebagai contoh, yaitu Adi di dalam sebuah kendaraan beroda empat dan melihat kendaraan beroda empat lain lewat jendela, waktu Adi tidak yakin mana yang bergerak hingga melongok sendiri keluar jendela. Dengan pola tersebut sanggup dikatakan bahwa semua aturan fisika, baik mekanika maupun elektromagnetisme, berlaku tanpa perubahan dalam kerangka yang kecepatannya tetapi.[2]

Sedangkan berdasarkan teori relativitas khusus, waktu maupun ruang bersifat relatif terhadap pengamat yang bergerak-panjang dan selang waktu yang diukur seorang pengamat pada umumnya.[3]

Oleh lantaran itu, untuk memudahkan biar tidak meninjau ruang tiga dimensi dan waktu satu dimensi secara terpisah, melainkan memandangnya sebagai komponen-komponen suatu ruang waktu berdimensi empat manunggal. Tetapi, hal ini sulit digambarkan lantaran sama dengan menggambarkan grafik tiga dimensi pada sebuah halaman dua dimensi.

2)      Kecepatan Cahaya

Kecepatan cahaya dalam ruang kosong tetap dan cahaya sanggup bebas dari gerakan sumber cahaya maupun pengamat. Einstein pernah mencoba mencari fenomena alam yang dikaitkan dengan insiden alam semesta ini dan ia dapatkan pada waktu ia mengamati bintang di langit. Pada mulanya ia galau mengapa ada bintang yang berubah warnanya dari biru bergeser ke warna merah. Kalau di logika, bintang tetap berada pada tempatnya, atau secara matematika dikatakan bahwa koordinat bintang tetap tidak berubah, maka warna bintang tersebut tentu akan tetap juga dan tidak akan berubah.[4]

Hal ini sesuai dengan pengetahuan astrofisika dan astronomi yang menyampaikan bahwa warna sinar bintang menunjukkan suhu permukaan bintang. Dalam mengamati hal ini ia ingat akan imbas Doppler yang mana perubahan panjang gelombang dari sumber bunyi yang diamati Doppler mungkin berlaku terhadap bintang yang berubah warnanya.[5] Kemudian ia menyimpulkan bahwa perubahan warna (cahaya atau sinar dari bintang) berarti perubahan panjang gelombang cahaya (sinar) bintang.

Kemudian Einstein mengakui bahwa kecepatan cahaya ini berasal dari hasil percobaan Michelson. Tetapi Einstein menolak cara pandangnya lantaran menurutnya apabila pandangan Michelson benar berarti ia sanggup mengetahui kecepatannya terhadap cahaya hanya dengan melaksanakan percobaan pada cermin.

B.     Akibat dari Asumsi (Postulat) Einstein

Setelah mengeluarkan kedua perkiraan di atas, kemudian menimbulkan beberapa hal, yaitu:

1)      Efek Pemuluran Waktu

Efek ini sanggup diamati dalam banyak sekali macam percobaan. Contoh:

Pada penciptaan dan peluruhan partikel elementer muon.

Muon sanggup dihasilkan dalam tumbukan berenergi tinggi antara partikel-partikel lain.

Dalam kerangka membisu muon, penciptaan muon dan peluruhannya kemudian menjadi sebuah elektron dan partikel-partikel lain yang disebut neutrino berlangsung pada titik yang sama dalam ruang.

2)      Penyusutan Panjang

Panjang objek yang diukur dalam suatu kerangka pengamatan dimana objeknya diam, dikenal sebagai panjang sejati (proper length), sedangkan panjang yang diukur dalam kerangka pengamatan yang bergerak dengan laju tetap terhadap kerangka membisu objek akan menjadi lebih pendek sebanyak yang di persamaan.

Penyusutan panjang hanya terjadi sepanjang arah gerak.[6]

C.    Pembuktian dari Teori Relativitas yang dikemukakan oleh Einstein

1)      Teori Relativitas Khusus

a)      Ketidakberadaan Eter

Ternyata kurang lebih 100 tahun semenjak percobaan pertama yang dilakukan oleh Morley-Michelson. Dalam semua percobaan yang dilakukan tidak ada satu pun bukti faktual yang diamati ihwal perubahan laju cahaya terhadap arah meskipun kepekaan percobaannya telah ditingkatkan menjadi sepuluh kali lebih teliti daripada kepekaan percobaan semula.

b)      Pemuluran Waktu

Pemuluran waktu menyerupai yang kita bahas pada insiden pemuluran muon yang terciptakan oleh sinar kosmik. Contoh lain yaitu peluruhan partikel elementer berkecepatan tinggi yang sanggup diselidiki dalam laboratorium.

c)      Massa dan Energi Relativistik

Setiap kali seorang fisikawan eksperimen nuklir atau partikel memasuki laboratorium, hampir selalu ia melaksanakan percobaan uji pribadi atau tidak pribadi terhadap relasi massa-energi teori relativitas khusus. Contoh: pengubahan energi menjadi massa yakni penciptaan meson pi. Dalam keadaan normal, meson pi yang massa diamnya sekitar 140 MeV tidak terdapat di alam tetapi diciptakan pada akselerator energi tinggi yaitu dalam tumbukan antara partikel-partikel biasa menyerupai proton.

 

d)     Ketidakkubahan Laju Cahaya

Jika laju cahaya memang bergantung pada gerak sumber atau pengamat, maka hal ini tidak sanggup kita nyatakan sebagai C'=C + KU, di mana C yakni laju cahaya dalam kerangka membisu sumber.

Contohnya pada pemancaran sinar X oleh sebuah pulsar suatu sistem bintang ganda, yaitu suatu sumber sinar X berdenyut cepat yang mengorbit mengelilingi bintang rekannya, sehingga menggerhanakan sang pulsar dalam gerak orbitnya.

2)      Teori Relativitas Umum

a)      Pergeseran Septial Gravitasi

Mengilustrasikan percobaan khayal yang sanggup berperan sebagai suatu sumber energi bebas –semacam mesin gerak abadi. Misal: sebuah foton dengan energi 1,022 MeV (2 me C²) ditembakkan dari permukaan bumi ke atas menuju sebuah target pada ketinggian H=100 m, di mana jawaban tumbukannya dengan target dihasilkan sebuah positron dan elektron melalui proses pasangan. Kemudian jatuh kembali ke permukaan bumi dan masing-masing memperoleh energi kinetik MegH dalam prosesnya. Kemudian 2megH yang dihasilkan diambil dan positron-elektron (diam) digabungkan kembali untuk menghasilkan foton energi 1,022 MeV dan diulangi lagi.

Energi yang hilang yaitu perubahan frekuensi cahaya yaitu :

Foton yang jatuh dalam medan gravitasi memperoleh pelengkap energi dan lantaran itu panjang gelombangnya tergeser ke yang lebih pendek.[7]

b)      Pembelokan Cahaya Bintang

Tinjau seberkas cahaya yang lewat bersahabat permukaan matahari, menyerupai gambar di bawah ini :

Kita sanggup menghitung sudut beloknya dengan memakai persamaan :

b = jari-jari matahari

dimana :

Ze --> M = E/c²

Ze --> M (massa matahari)

  G (tetapan gravitasi)

2K = MVo² --> MC² = E (energi foton)

Hasilnya yaitu :

Cahaya tidak berjalan lurus tapi sanggup dibelokkan oleh medan gravitasi, tetapi cahaya yang sanggup dibelokkan oleh medan gravitasi tidak sanggup dibuktikan di bumi, sehingga cahaya tetap berjalan lurus di bumi lantaran berpengaruh medan gravitasi bumi, sehingga cahaya tetap berjalan lurus di bumi, lantaran berpengaruh medan gravitasi bumi tidak sekuat medan gravitasi galaksi yang sangat kuat.[8]

c)      Waktu Tunda Gema Sinar

Apabila garis yang menghubungkan bumi dan sebuah planet (venus, misalnya) menembus matahari, keadaannya disebut konjungsi superior, menyerupai gambar berikut:

Untuk menuntaskan duduk kasus di samping kita sanggup memakai mekanika Newton untuk memilih garis edar kedua planet dan juga menghitung jarak dari bumi ke Venus. Sinyal akan lewat matahari kalau mendekati konjungsi superior waktu yang diharapkan semenjak sinyal dikirim hingga dipantulkan kembali ke bumi oleh Venus yaitu sekitar 20 menit. Perkiraan waktu tundanya yaitu 10^-4 s.

d)     Presesi Perihelion Merkuri

Perhatian gambar orbit elips sebuah planet yang mengitari matahari.

 

Menurut gravitasi Newton, garis edarnya yakni elips tepat dengan bintang M terletak pada salah satu titik apinya. Persamaannya :

r_min = jarak minimum antara planet dengan bintang

e = eksentrisitas elips

v  Apabila r = r_min, maka planet berada pada perihelion dan terjadi secara teratur dan juga pada titik yang sama dalam ruang.

v  Ketika Ө = 0, 2π, 4π, …, …

e)      Singularitas Schwarzschild

Pemecahan permasalahan ini mengandung suatu duduk kasus yang mengganggu yaitu kehadiran suku (1-26 M/c²r) dalam penyebut menimbulkan selang (ds) menjadi “tak hingga” pada jari-jari Schwarzschild rs = 26 M/c².

Sebuah benda yang tertarik menuju massa M sama sekali tidak mencicipi sesuatu yang gila ketika melewati jarak r=rs. Tetapi, bagi pengamat luar, keadaan tersebut menjadi sangat berbeda.

D.    Aplikasi Teori Relativitas Einstein

Relativitas umum didasarkan pada asas yang diturunkan dari percobaan khayal yang lain. Dalam hal ini memakai asas kesetaraan. Akibat dari asas kesetaraan tersebut yaitu sebuah sistem pengamatan yang jatuh bebas dalam medan gravitasi bumi. Selain itu merupakan persamaan tensor yang memakai teknik matematika tinggi. Persamaannya yaitu:

Kurva kelengkungan = . kecepatan energi

Dengan G = gravitasi Newton

              C = laju cahaya

1)      Pada pemecahan persamaan Einstein bagi ruang waktu di sekitar sebuah massa tunggal M tak berotasi. Selang yang bersangkutan sanggup dituliskan dalam bentuk persamaan koordinat, tetapi yang dipakai di sini koordinat bola (I, Ө, φ):

 

Hal di atas dilakukan dengan syarat titik-titik yang berhimpitan juga harus mempunyai besaran-besaran yang berhimpitan (neighbouring) bagi koordinatnya. Rumusannya menampilkan “selang” bukannya jarak spasial.[9]

2)      Menyangkut jagat raya

Menurut filsafat Ernst Mach, bahwa “semua gaya lembam termasuk massa lembam benda dan juga gaya sentrifugal disebabkan oleh sisa materi lainnya dalam jagat raya ini.[10]

Dalam masalah ini, yang ingin kita ketahui yakni ukuran atau jari-jari jagat raya. Cara pemecahannya yaitu dengan memproyeksikan pengembangannya jauh ke masa lampau dan untuk mempelajari asal mula dan nasib jagat raya.

R (t) = ukuran faktor skala

ρ = kerapatan massa – energi jagat raya pada dikala yang sama

K = struktur jagat raya secara keseluruhan

Jika :

K = O    jagat raya datar

K = +1   jagat raya melengkung dan tertutup

K = -1    jagat raya melengkung dan terbuka

KESIMPULAN

Einstein dalam melaksanakan percobaannya memakai 2 perkiraan (postulat) yaitu ihwal asas relativitas dan kecepatan cahaya yang berdasarkan Einstein kedua postulat itu perlu dan penting. Selain itu kedua perkiraan tersebut ternyata mempunyai jawaban pada percobaannya, akhirnya yaitu pemuluran waktu dalam ruang dan penyusutan pandang pada obyek yang diukur.
Dalam melaksanakan percobaannya, Einstein melaksanakan uji coba baik itu pada teri relativitas khusus maupun pada teori relativitas umum. Uji coba yang dilakukan pada teori relativitas khusus yaitu ketidakberadaan eter, pemuluran waktu, massa dan energi relativistic, ketidakkubahan laju cahaya. Sedangkan uji coba yang dilakukan pada teori relativitas umum yaitu pergeseran septral gravitasi, pembelokan cahaya bintang, waktu tunda gema radar, presesi perihelion merkuri, dan singularitas Schwarzschild.
Einstein mengaplikasikan teori ke dalam 2 hal, yaitu pada pemecahan masalah ruang-waktu Einstein dan menyangkut jagat raya yang berdasarkan Ernest, gaya lembam termasuk massa lembam benda dan gaya sentripetal disebabkan oleh sisa materi lainnya.

---

[1] Gerry van Klinten, Revolusi Fisika: Dari Alam Gaib ke Alam Nyata, Jakarta: KPG, 2004, hlm. 120.

[2] Ibid., hlm. 127.

[3] Kenneth Krane, Fisika Modern, Jakarta: UI-Press, 1982, hlm. 639.

[4] Wisnu Arya Wardana, Einstein Mencari Tuhan: Melalui Musik, Filsafat, Sains, hingga Agama berdasarkan Pandangan Islam, Yogyakarta: Pustaka Pelajar, 2008, hlm. 89.

[5] Ibid., hlm. 91.

[6] Kenneth Krane, op.cit., hlm. 36.

[7] Bertrand Russell, Teori Relativitas Einstein: Penjelasan Populer Untuk Umum, Yogyakarta: Pustaka Pelajar, 2006, hlm. 657.

[8] Wisnu Arya Wardhana, op.cit., hlm. 75

[9] Bertrand Russell, op.cit., hlm. 112.

[10] Ibid., hlm. 651.

Sumber http://makalah-ibnu.blogspot.com

Share this post

Berlangganan update artikel terbaru via email: