Siapa yang tak kenal dengan Albert Einstein? Ia adalah ahli fisika asal Jerman yang terkenal dengan temuan-temuannya. Einstein juga menerima penghargaan Nobel di bidang Fisika. Salah satu teorinya yang paling terkenal adalah teori relativitas.
Gagasan ini diterbitkan Einstein dalam dua tahap. Pertama ia menerbitkan teori relativitas khusus di tahun 1905. Sepuluh tahun kemudian, barulah teori relativitas umum dipublikasikan. Teori ini menjadi salah satu pedoman ilmuwan lain dalam mengembangkan bom atom, walaupun Einstein tidak pernah berpikir teorinya dapat digunakan sebagai senjata.
Tapi, bagaimana isi teori relativitas? Bagaimana pengaplikasiannya di dunia nyata sehingga bisa digunakan sebagai pembentuk bom nuklir? Ayo kita bahas sama-sama di artikel kali ini.
Teori Relativitas Khusus
Teori relativitas khusus yang pertama digagas oleh Einstein memiliki dua postulat atau konsep: pertama, hukum fisika berlaku untuk tiap objek dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap (inersia) terhadap yang lain. Artinya, bentuk persamaan fisika akan selalu sama walaupun diamati dalam keadaan bergerak.
Konsep kedua menyebut bahwa kelajuan cahaya dalam ruang hampa selalu sama untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya (dengan kecepatan cahaya c = 3×108 m/s).
(Baca juga: 7 Ilmuwan Indonesia yang Mendapat Pengakuan Dunia)
Berdasarkan kedua postulat tersebut, Einstein mengatakan bahwa tidak ada benda bermassa yang dapat menempuh atau menyamai kecepatan cahaya. Teori relativitas menyebabkan perubahan persepsi terhadap hal-hal yang kita alami tiap harinya, seperti relativitas kecepatan, pemuaian waktu, kontraksi Lorentz, serta relativitas massa dan energi.
1. Relativitas Kecepatan
Jika ada sebuah pesawat (acuan O’) yang bergerak dengan kecepatan v terhadap bumi (acuan O) dan pesawat melepaskan bom (benda) dengan kecepatan tertentu, kecepatan bom tidaklah sama jika dilihat oleh orang di Bumi dan orang di pesawat. Kecepatan relatif memiliki persamaan seperti berikut.
vx = kecepatan benda relatif terhadap pengamat diam (m/s) v’x = kecepatan benda relatif terhadap pengamat bergerak (m/s) v = kecepatan pengamat bergerak (O’) relatif terhadap pengamat diam (O)
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
2. Pemuaian Waktu
Pemuaian atau dilatasi waktu adalah perbedaan selang waktu yang diamati oleh pengamat diam dan selang waktu yang diamati oleh pengamat bergerak dengan kecepatan v. Pemuaian waktu dapat dirumuskan sebagai berikut.
Δt = selang waktu yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v Δt0 = selang waktu yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
3. Kontraksi Lorentz
Menurut teori relativitas, ruang dan waktu tidaklah konstan. Karena itu, benda yang memiliki panjang L0 akan teramati sebesar L oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan benda tersebut dengan kecepatan v. Semakin besar kecepatan pengamat, semakin pendek pula benda akan terlihat dari panjang aslinya. Kontraksi Lorentz dapat dirumuskan sebagai berikut.
L = panjang benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v L0 = panjang benda yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
4. Relativitas Massa dan Energi
Sama seperti ruang dan waktu, massa benda yang diamati pengamat diam akan berbeda dengan massa benda yang diamati oleh pengamat bergerak dengan kecepatan v.
m = massa benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v m0 = massa benda yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
Dalam mekanika relativistik, energi benda bermasa m0 (keadaan diam) dengan kecepatan v dapat dirumuskan sebagai berikut.
Energi total benda yang bermassa dapat diperoleh dengan rumus berikut.
E = E0 + Ek , di mana E0 adalah energi diam (E = m0c2)
Berdasarkan penjabaran di atas, benda yang memiliki massa m memunyai energi sebesar:
E=mc2
Persamaan tersebut merupakan salah satu rumus yang paling dikenal hingga saat ini. Rumus ini pulalah yang menjadi dasar bagi pengembangan bom nuklir karena massa diasumsikan sebagai bentuk energi yang terkonsentrasi, sehingga dapat berubah bentuk, terutama dengan reaksi berantai nuklir (nuclear chain reaction).
Teori Relativitas Umum
Teori relativitas umum berhubungan dengan teori gravitasi yang dinyatakan oleh Newton. Newton menyebut bahwa gravitasi adalah gaya yang tidak tampak yang menarik objek satu sama lain. Tapi lewat teorinya, Einstein berpendapat bahwa gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa suatu benda. Kelengkungan tersebut berefek pada waktu: semakin besar gravitasi, semakin lambat waktu akan berjalan di lengkungan ruang-waktu tersebut.
Teori relativitas adalah teori yang membahas mengenai kecepatan dan percepatan yang diukur secara berbeda melalui kerangka acuan. Konsep dasar dari teori relativitas disusun oleh Albert Einstein menjadi dua jenis, yaitu teori relativitas khusus dan teori relativitas umum.[1] Kedua teori ini diciptakan untuk menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik tidak sesuai dengan teori gerakan Newton. Gelombang elektromagnetik dibuktikan bergerak pada kecepatan yang konstan, tanpa dipengaruhi gerakan sang pengamat. Inti pemikiran dari kedua teori ini adalah bahwa dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan mendapatkan waktu dan interval ruang yang berbeda untuk kejadian yang sama, tetapi isi hukum fisika akan terlihat sama oleh keduanya.
Artikel utama: Relativitas khusus
Relativitas khusus adalah teori mengenai struktur ruang-waktu. Diperkenalkan oleh Einstein melalui karyanya tahun 1905, Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak (untuk kontribusi fisikawan lainnya lihat Sejarah relativitas khusus). Relativitas khusus menunjukkan bahwa jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan lembam dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam. Bayangkan ini seperti saat Anda berada dalam sebuah kapal selam yang bergerak dengan kecepatan tetap. Anda tidak akan dapat mengatakan apakah kapal selam tengah bergerak atau diam. Teori relativitas khusus disandarkan pada postulat bahwa kecepatan cahaya akan sama terhadap semua pengamat yang berada dalam kerangka acuan lembam.
Postulat lain yang mendasari teori relativitas khusus adalah bahwa hukum fisika memiliki bentuk matematis yang sama dalam kerangka acuan lembam manapun. Dalam teori relativitas umum, postulat ini diperluas untuk mencakup tidak hanya kerangka acuan lembam, tetapi menjadi semua kerangka acuan.
Teori ini juga menyebabkan banyak kejutan. Beberapa diantaranya adalah:
- Relativitas simultanitas: 2 kejadian yang simultan untuk 1 pengamat, mungkin tidak simultan bagi pengamat lainnya jika ia bergerak relatif.
- Dilatasi waktu: Jarum jam akan bergerak lebih lambat daripada jam pengamat yang "diam".
- Massa relativistik
- Kontraksi panjang: Objek akan memendek pada arah saat mereka bergerak dalam kaitannya dari pengamat.
- Ekivalensi massa-energi: E = mc2, energi dan massa ekivalen dan dapat berubah satu sama lain.
- Kecepatan maksimum terbatas: Tidak ada objek, pesan, atau garis medan dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya di ruang hampa.
- Efek gravitasi hanya dapat berpindah melalui ruang hampa pada kecepatan cahaya, tidak lebih cepat atau seketika.[2]
Artikel utama: Relativitas umum dan Pengantar relativitas umum
Relativitas umum adalah teori gravitasi yang dikembangkan oleh Einstein pada tahun 1907-1915. Pengembangan relativitas umum dimulai dengan asas ekivalensi, saat keadaan gerak dipercepat dan diam pada sebuah medan gravitasi (contohnya, ketika berada pada permukaan bumi) yang identik secara fisik. Hasilnya adalah jatuh bebas adalah gerak inersia: objek yang sedang jatuh bebas akan jatuh karena itulah bagaimana objek bergerak ketika tidak ada gaya yang diberikan pada benda tersebut, bukan akibat gaya gravitasi seperti pada kasus mekanika klasik. Maka hal ini tidak cocok dengan mekanika klasik dan relativitas khusus karena pada teori ini objek yang bergerak inersia tidak dapat mempercepat terhadap satu sama lain, tetapi objek yang jatuh bebas dapat. Untuk menyelesaikan masalah ini, Einstein mengajukan bahwa ruang-waktu adalah kelengkungan. Tahun 1915, ia merancang persamaan medan Einstein yang menghubungkan kelengkungan ruang-waktu terhadap massa, energi, dan momentum.
Beberapa akibat relativitas umum adalah:
- Jam akan bergerak semakin lambat pada lubang gravitasi yang makin dalam.[3] Hal ini disebut dilatasi waktu gravitasi.
- Presesi orbit dengan cara yang tidak sama dengan teori gravitasi Newton. (Hal ini telah diamati pada orbit Merkurius dan binary pulsar).
- Sinar cahaya berbelok dengan adanya medan gravitasi.
- Massa berotasi "menyeret" sepanjang ruang-waktu di sekitarnya, fenomena yang dikenal dengan "frame-dragging".
- Meluasnya alam semesta, dan bagian yang jauh bergerak dari kita lebih cepat dari kecepatan cahaya.
- Daftar penerbitan dalam fisika
- Relativitas khusus
- Relativitas umum
- ^ Putra, V. G. V. (2017). Pengantar Fisika Dasar (PDF). Sleman: CV. Mulia Jaya Publisher. hlm. 64. ISBN 978-602-72713-6-4. Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
- ^ Greene, Brian. "The Theory of Relativity, Then and Now". Diakses tanggal 2015-09-26.
- ^ Feynman, Richard Phillips; Morínigo, Fernando B.; Wagner, William; Pines, David; Hatfield, Brian (2002). Feynman Lectures on Gravitation. West view Press. hlm. 68. ISBN 0-8133-4038-1. , Lecture 5
| Wikimedia Commons memiliki media mengenai Theory of relativity. |
- (Inggris) Probe set to test theory of Relativity - Aug. 07, 2004
- (Inggris) Living Reviews in Relativity Diarsipkan 2016-12-27 di Wayback Machine. — An open access, peer-refereed, solely online physics journal publishing invited reviews covering all areas of relativity research.
- (Inggris) Reflections on Relativity — A complete online course on Relativity.
- (Inggris) Relativity explained in words of four letters or less
- (Inggris) Briefing on Einstein's Theory of Relativity — A terse dose of insight on the subject.
- (Inggris) Evaluation of Manyfold spacetime short cuts from Relativity[pranala nonaktif permanen]
- (Indonesia) Teori Gravitasi Kuantum Diskusi Teori Gravitasi Kuantum
Diperoleh dari "//id.wikipedia.org/w/index.php?title=Teori_relativitas&oldid=19979099"