Pembahasan Teori Relativitas

 15 Oct 2019  Bima P

Pembahasan Teori Relativitas

ilustrasi relativitas - Image from patriotpower.ogsd.net

Teori relativitas ditemukan oleh Albert Einstein setelah maraknya rumor mengenai teori adanya eter. Menurut para ahli bahwa gelombang mekanik seperti gelombang bunyi memerlukan medium atau perantara yang berwujud padat, cair, dan gas. 

Adapun untuk gelombang elektromagnetik seperti cahaya, para ahli menduga bahwa cahaya dapat merambat karena adanya sejenis medium yang disebut eter.

Medium sejenis eter ini terdapat dimana-mana, bahkan di ruang hampa seperti ruang angkasa. Maka dari itu karena adanya eter cahaya matahari dapat merambat dan sampai ke bumi.

Dugaan para ahli tentang adanya eter tersebut ternyata tidak benar. Seorang ilmuan yang bernama Michelson dan Morley mengadakan percobaan untuk menguji tentang kebenaran adanya eter. 

Setelah dilakukan percobaan ternyata cahaya yang datang dari segala arah tidak tergantung pada gerak bumi. Dari percobaan ini membuktikan bahwa tidak ada eter di alam semesta ini.

Teori Relativitas Einstein

1. Teori Relativitas Khusus

Teori relativitas khusus dicetuskan pada tahun 1905. Mengapa disebut khusus? Karena teori ini mempelajari tentang gerak lurus dengan kecepatan yang konstan saja.

Secara garis besar, teori ini didasari oleh dua prinsip:

  • Hukum fisika tidak berubah untuk semua objek yang bergerak kerangka acuan inersial (kecepatan tetap).​
  • Kecepatan cahaya adalah sama untuk semua pengamat, tidak bergantung pada kecepatan gerak pengamat relatif terhadap sumber cahaya.

Atas dasar-dasar tersebut, Einstein menyimpulkan bahwa tidak ada kerangka yang absolut. Semua benda bergerak relatif terhadap yang lain. Selain itu, teori relativitas khusus memperkenalkan fenomena yang benar-benar baru untuk kita, yaitu dilatasi waktu.

Pembahasan Teori Relativitas

contoh relativitas khusus - Image from quora.com

Bayangkan seseorang sedang menaiki sebuah kendaraan yang bergerak sangat cepat, misalnya setengah kecepatan cahaya. 

Di dalam kendaraan tersebut menyala sebuah lampu laser yang digantung di langit-langit dan menghadap tegak lurus ke bawah. Di bagian lantai terdapat cermin, sehingga sinar laser memantul secara tegak lurus pula ke atas.

Anehnya, sinar laser yang nampak memantul tegak lurus bagi penumpang kendaraan, sekarang terlihat berbentuk huruf V bagi pengamat yang berdiri di luar kendaraan. 

Jika kecepatan cahaya selalu tetap atau konstan bagi semua pengamat (ingat prinsip kedua teori relativitas khusus), maka aspek yang berubah adalah waktu.

Waktu yang dialami oleh pengamat terbukti lebih lambat daripada orang yang berada di kendaraan. Sehingga terbukti bahwa waktu itu relatif.

Baca Juga :

1. Teori Kinetik Gas Ideal
2. Rumus Gerak Lurus Berubah Beraturan
3. Rumus Gaya Gesek: Pengertian dan Macam-Macam Gaya Gesek

2. Teori Relativitas Umum

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa teori relativitas khusus hanya bisa menjelaskan fenomena gerakan lurus dengan kecepatan tetap. 

Pada tahun 1916, Einstein mengumumkan teori relativitas umum untuk menjelaskan fenomena gerakan melengkung dengan kecepatan tidak tetap.

Mari kita mulai dengan hukum gerak Newton yang pertama. Setiap benda akan tetap diam, atau bergerak dengan kecepatan tetap apabila benda tidak dikenai gaya. 

Bayangkan astronot yang melayang di luar angkasa. Astronot tidak dikenai gaya apapun, termasuk gravitasi, maka astronot akan tetap diam dan melayang hingga ada gaya yang menariknya.

Einstein memiliki pemikiran: semisal seseorang menjatuhkan diri dari ketinggian, maka dia tidak akan merasa ada gaya yang menarik atau mendorongnya (mirip seperti astronot). Namun kenyataannya, dia jatuh bebas ke arah tanah dengan kecepatan yang semakin cepat.

Pembahasan Teori Relativitas

ilustrasi pemikiran einstein - Image from quora.com

Ingat bahwa apabila tubuh jatuh dengan kecepatan yang semakin cepat, seharusnya ada gaya (tarikan/dorongan) yang dirasakan oleh orang tersebut. Lalu bagaimana untuk menjelaskan masalah ini?

Mari kita bahas dengan mengupas fakta berikut satu per satu:

  • Apabila orang atau benda jatuh dari ketinggian, maka gerakan jatuhnya tidak dengan kecepatan yang tetap, melainkan ada percepatan.​
  • Hukum gerak Newton menyatakan bahwa benda akan bergerak dengan kecepatan tetap apabila tidak ada gaya yang mengenainya. Apabila benda bergerak dengan kecepatan yang semakin cepat, maka benda tersebut dikenai gaya.
  • Orang yang jatuh dari ketinggian tidak merasa ada gaya yang menarik atau mendorongnya, namun gerak jatuhnya ternyata tidak dengan kecepatan tetap, melainkan dengan gerakan yang semakin cepat (kontradiktif dengan hukum gerak Newton).
  • Orang jatuh dari atas ke bawah disebabkan oleh gravitasi.

Apabila orang jatuh disebabkan oleh gravitasi, sementara gravitasi tidak menyebabkan adanya perasaan ditarik atau didorong, maka Einstein menyimpulkan bahwa gravitasi bukan sebuah gaya, melainkan lengkungan ruang-waktu.

Benar sekali, pemikiran baru dari teori relativitas khusus menyatakan bahwa gravitasi bukanlah gaya tarik menarik antara dua benda seperti yang dikemukakan oleh Newton, melainkan lengkungan ruang-waktu.

Lengkungan ruang-waktu ada di sekitar benda yang memiliki massa yang sangat besar. Apabila ada benda yang bergerak di sekitar lengkungan tersebut, maka benda akan tertarik dan bergerak dengan rute yang paling pendek, yaitu gerakan melingkari lengkungan tersebut.

Pembahasan Teori Relativitas

lengkungan ruang waktu - Image from quora.com

Teori relativitas umum juga membuktikan bahwa cahaya juga berbelok dan tertarik oleh gravitasi. Bahkan lubang hitam atau black holes, memiliki lengkungan ruang-waktu dengan energi yang sangat besar, sehingga cahaya pun akan tertarik olehnya.

Postulat Teori Relativitas Einstein

1. Postulat pertama

Hukum-hukum fisika boleh dinyatakan dengan persamaan yang sama untuk semua

Contoh:

Dua percobaan yang sama dilakukan masing-masing di daratan dan di atas kapal. Dari percobaan-percobaan tersebut memberikan hasil yang sama dan tidak bergantung pada kerangka acuan yang diam (daratan) dan kerangka acuan yang bergerak (kapal).

2. Postulat kedua

Kecepatan cahaya di ruang hampa untuk semua pengamat sama dan tidak tergantung pada gerak sumber cahaya ataupun pengamatnya

Contoh:

Kecepatan cahaya di alam semesta dari segala arah selalu sama. Tidak terdapat kecepatan relative untuk cahaya di ruang hampa. Kecepatan cahaya di ruang hampa adalah suatu tetapan yang universal

Kesimpulan :

  • Sebelum adanya teori relativitas, hukum Newton digunakan untuk mempelajari mekanisme gerakan. Newton hingga akhir hayatnya tidak pernah terpikirkan darimanakah sumber gravitasi itu.
  • ​Pemikiran Einstein sangat dipengaruhi oleh pemikiran David Hume’s yang menyatakan bahwa waktu tidak terpisah dari ruang dan gerakan suatu benda.
  • Di tahun 1905, Einstein mengemukakan teori yang mengacu pada dua fakta, yaitu hukum fisika berlaku bagi semua pengamat dari sudut pandang apapun, dan kecepatan cahaya itu konstan.
  • Berdasarkan dua pernyataan di atas, Einstein menyimpulkan bahwa tidak ada kerangka yang absolut, melainkan sesuatu akan relatif terhadap sesuatu yang lain. Teori ini disebut relativitas khusus karena hanya menjelaskan fenomena gerakan dengan kecepatan konstan di jalur lurus saja.
  • Waktu tidak berjalan sama terhadap semua orang. Orang yang bergerak di kendaraan yang sangat cepat (mendekati kecepatan cahaya), akan merasakan waktu lebih lambat daripada yang lain.
  • Massa dan energi adalah perwujudan yang berbeda dari satu hal yang sama. Persamaan E=mc2 menjelaskan bahwa energi itu sama dengan massa dikalikan kecepatan cahaya kuadrat. Itulah yang menyebabkan uranium yang sedikit dapat menyebabkan ledakan nuklir yang maha dahsyat.
  • Di tahun 1916, Einstein mengemukakan teori relativitas umum, yang menyebutkan bahwa ruang dan waktu bukan hal yang terpisah, namun sesuatu yang tak terpisahkan.
  • Benda dengan massa yang sangat besar menyebabkan lekukan ruang-waktu, itulah yang menjadi sumber gravitasi.
  • Gravitasi dapat membelokkan cahaya. Fenomena ini disebut gravitational lensing. Ketika kita mengamati galaksi lain menggunakan teleskop, lokasi galaksi tersebut bukanlah lokasi yang asli, karena dalam perjalanannya, cahaya dari galaksi telah dibelokkan oleh gravitasi bintang-bintang yang dilewati.

Demikianlah pembahasan dari kami tentang teori relativitas. Semoga artikel singkat ini dapat memberikan anda gambaran tentang teori relativitas einstein.