Mengenal Teori Relativitas Einstein Beserta Pembuktiannya

Prinsip relativitas Einstein menjelaskan bahwa yang kita rasakan sebagai kekuatan gravitasi sebenarnya muncul dari kelengkungan ruang dan waktu. Ia mencontohkannya melalui benda-benda kosmik seperti matahari dan bumi yang mampu memengaruhi geometrinya. (Foto: AFP PHOTO)

 

Jakarta, Zonasatu News  — Einstein sangat terkenal dengan berbagai pemikirannya yang revolusioner. Salah satu pemikiran terbesarnya adalah teori relativitas. Sebagai penemu teori relativitas, ia berkontribusi dalam mengubah pandangan serta pemahaman banyak orang mengenai konsep ruang dan waktu hingga saat ini.

Tetapi apa itu teori relativitas dan mengapa menjadi penting bagi perkembangan sains?

Teori relativitas (theory of relativity) digaungkan pertama kali 103 tahun lalu, tepatnya pada 1916. Kemudian menjadi gagasan yang paling revolusioner dalam sejarah dan menjadi lompatan besar atas hukum gravitasi yang sebelumnya digagas oleh Sir Isaac Newton pada 1687.

Menurut Direktur Institut Kavli untuk Fisika Kosmologis Michael Turner, Einstein percaya bahwa ruang dan waktu tidaklah ajeg, melainkan merupakan fenomena yang fleksibel, relatif, dan dinamis seperti proses alam semesta lainnya.

“Terdapat lengkungan ruang dan waktu (spacetime warp), dan itu adalah cara yang sama sekali baru dalam memandang gravitasi,” ujar Turner dilansir AFP.

Sederhananya, melalui teori ini menjelaskan bahwa hukum fisika akan selalu sama dan konstan di mana pun. Namun sesuatu yang terjadi pada ruang dan waktulah yang membuatnya berbeda.

Melalui pandangan yang berbeda akan menghasilkan ruang dan waktu kejadian secara berbeda pula. Semua hal tersebut sifatnya relatif.

Ruang dan waktu terjalin menjadi sebuah kontinum tunggal yang dikenal sebagai ruang-waktu (spacetime). Peristiwa yang terjadi pada saat yang sama untuk satu pengamat dapat terjadi pada waktu yang berbeda untuk yang lain.

Ruang dan waktu
Ruang-waktu bukanlah sesuatu yang biasa kita bicarakan seperti atas-bawah, kiri-kanan, depan-belakang dan terpisah dari waktu. Menurut teori ini, ruang-waktu nyatanya bukan hal yang terpisahkan.

Ruang dan waktu saling erat terhubung dan berpaut: ketika ruang membengkok atau meregang maka akan memengaruhi waktu. Sementara membengkoknya atau meregangnya ruang-waktu menjadi penyebab atas terjadinya gravitasi di alam semesta.

Pada dasarnya, Einstein menganggap ruang dan waktu terjalin bak ‘uluran selimut’ yang tak terbatas panjangnya. Sebuah objek besar seperti Matahari dapat membengkokkan ‘selimut ruang-waktu’ dengan gravitasinya, sehingga cahaya tidak lagi bergerak dalam garis lurus saat melewati Matahari.

Bahkan faktanya setiap bit (unit satuan terkecil) materi, termasuk diri manusia pun dapat membelokkan ruang-waktu di sekitarnya–menciptakan gravitasinya sendiri meskipun sangat kecil. Akan tetapi, gravitasi hanya bekerja di ruang dan bidang datar.

Pada skala besar seperti bintang, hukum Newton tidak dapat berlaku karena bintang dapat membengkokkan dan meregangkan ruang sehingga ruang, waktu, dan cahayalah yang sangat berpengaruh. Bahkan planet berukuran sedang seperti Bumi dapat melengkungkan ruang yang cukup untuk mempengaruhi waktu.

Tanpa hukum matematika yang diturunkan Einstein itu kita tidak akan memiliki cara untuk memprediksi atau menjelaskan perilaku dan membentuk alam semesta ini.

Untuk memahami lebih jelas mengenai cara kerja teori relativitas, berikut 5 hal konkret yang dapat membantu untuk memahami konsep ‘ajaib’ Einstein tersebut.

1. GPS

Global Positioning System atau GPS adalah sistem navigasi radio berbasis ruang yang membantu menentukan posisi tiga dimensi yakni lintang, bujur, dan ketinggian dengan akurasi tinggi serta memberikan perkiraan waktu tepat. (Foto: Dok.www.gps.gov)

Dengan kecanggihan teknologi saat ini membuat siapa saja mudah bepergian tanpa perlu takut tersesat. GPS ternyata tidak sekadar kartografi digital untuk menunjukkan arah dan tempat. Ada penghitungan besar dan pembuktian teori relativisme Einstein di balik akurasi sistem kerja GPS.

Kerja GPS bergantung pada satelit yang mengorbit tinggi di atas kita. Gravitasi bumi lebih lemah sehingga membuat waktu berjalan lebih lambat. Hal ini disebabkan lengkungan ruang-waktu lebih besar akibat dari massa bumi, sedangkan semakin jauh dari bumi lengkungan ruang-waktu lebih besar dan waktu berjalan lebih cepat.

Nah, jam atom (atomic clocks) yang dipasangkan pada satelit berjalan 45 juta detik lebih cepat setiap harinya daripada waktu di Bumi. Itu bukan karena jam di satelit kurang akurat ketika berada di ruang angkasa, melainkan waktu berlalu dengan kecepatan yang berbeda dengan di Bumi.

Jika GPS tidak memiliki relativitas (tidak disesuaikan secara akurat untuk memperhitungkan perbedaan waktu ini) di dalam teknologinya, GPS akan tidak berfungsi sebagaimana mestinya dan bisa memandu Anda berkilometer-kilometer jauhnya. Meleset sepersatu juta detik saja ketika sinyal satelit disinkronkan, koordinat GPS akan menjauh lebih dari 10 kilometer.

2. Orbit Merkurius

Menurut teori relativitas Einstein, Matahari bisa ‘melengkungkan’ ruang-waktu tata surya. Sebagai planet terdekat dengan Matahari, jalur orbit Merkurius terganggu oleh massa Matahari. ‘Cacat kecil’ ini sudah disadari oleh para astronom hampir dua abad sebelumnya. (Foto: Dok. NASA/Carnegie/JHUAPL)

Orbit Merkurius sedikit agak aneh dan tidak seperti planet lain. Terdapat ahli matematika abad ke-19 satu-satunya yang menjelaskan kekusutan itu. Melalui teorinya, Merkurius ditarik oleh sesuatu yang lain–seperti gravitasi dari planet lain di dekatnya, di suatu tempat antara Merkurius dan Matahari.

Tetapi Vulcan, planet yang diusulkan itu nyatanya tidak pernah ditemukan. Kemudian dikatakan bahwa Merkurius bergerak melalui ruang yang dibengkokkan oleh massa Matahari yang sangat besar. Efeknya tidak terlihat pada orbit planet lain karena ruang semakin sedikit melengkung semakin jauh Anda pergi dari Matahari.

Teori relativitas umum akhirnya dapat menjelaskan dengan sempurna bahwa gerakan-gerakan Merkurius terganggu oleh massa objek yang lebih besar yakni Matahari, sehingga pengujian pertama teori tersebut terbukti.

3. Teori Big Bang

Menurut teori Big Bang, alam semesta berawal dari ukuran yang kecil dengan keadaan yang sangat panas dan sangat padat. Alam semesta kemudian mengembang secara terus-menerus hingga saat ini. (Foto: dok. commons.wikimedia.org/NASA/PublicDomain)

Relativitas mengatakan bahwa ketika ruang-waktu membentang di sekitar objek besar, cahaya yang menjelajah ruang-waktu itu juga meregang dan sedikit bergeser warnanya.

Pergeseran warna ini disebut pergeseran merah kosmologis (merah adalah warna dengan panjang gelombang terpanjang) dan tingkat pergeseran merah dalam cahayanya memungkinkan kita mengukur seberapa jauh galaksi lain berada.

Bahkan ada seorang pendeta Belgia yang juga ahli astrofisika bernama Georges Lemaître mampu melacak galaksi-galaksi yang mengembang itu berpusat ke satu titik asal alam semesta. Gagasan inilah yang kemudian dikenal sebagai teori Big Bang.

4. Lubang hitam (black hole)

Lubang hitam diibaratkan seperti ‘monster’ yang melahap segala sesuatu yang ada di semesta dan tak ada yang bisa lepas dari tarikan gravitasinya. (Foto: NASA/CXC/M.Weiss)

Einstein pernah meramalkan bahwa di akhir kehidupan nanti bintang-bintang akan runtuh karena gravitasi mereka sendiri. Lapisan luar bintang (circumstellar envelope) akan meledak dalam supernova sementara bagian inti akan membentuk benda yang sangat padat yang dikenal sebagai bintang neutron atau pulsar yang berputar cepat.

Mereka bahkan bisa berubah menjadi lubang hitam (black hole). Lubang hitam adalah ruang dengan daya gravitasi yang sangat kuat bahkan kecepatan cahaya pun tak bisa menghindarinya dan merusak ruang-waktu.

Sisa-sisa bintang mati yang sangat padat ini sangat kecil namun gravitasinya sangat kuat, sehingga kecepatan lebih besar daripada kecepatan cahaya. Sayangnya lubang hitam hanya terlihat seperti sesuatu yang hitam dan tidak memantulkan cahaya. Temperatur lubang hitam berkisar miliaran kelvin untuk sehingga mustahil untuk diamati.

5. Matahari menghambat sinyal radio

Prediksi relativitas Einstein mengklaim bahwa cahaya dibelokkan (terdefleksi) oleh gravitasi matahari. Hasilnya memang terjadi keterlambatan dalam transmisi cahaya di dekat Matahari karena alasan geometris (Foto: SplitShire)

Pesawat ruang angkasa pengeksplorasi planet juga menunjukkan bahwa Einstein benar mengenai relativitas umumnya. Karena pesawat ruang angkasa berkomunikasi dengan bumi menggunakan cahaya dalam bentuk gelombang radio, berpeluang besar untuk membuktikan apakah gravitasi matahari dapat mengubah jalur cahaya.

Pada 1970, Jet Propulsion Laboratory NASA mengumumkan bahwa Mariner VI dan VII telah melakukan percobaan menggunakan sinyal radio. Menggunakan Deep Space Network (DSN) NASA, peneliti mengukur waktu yang dibutuhkan untuk mentransmisikan sinyal radio dari antena DSN di Goldstone, California, ke pesawat ruang angkasa kemudian mengembalikannya lagi.

Tepat seperti perkiraan Einstein, ada keterlambatan (delay) dalam total waktu transmisi pulang-pergi akibat gravitasi Matahari. Untuk Mariner VI, keterlambatan maksimum adalah 204 mikrodetik. Meskipun kurang dari satu detik, namun hampir persis dengan yang diantisipasi oleh teori Einstein.

Dengan teori relativitas itulah memungkinkan kita membuat prediksi tentang alam semesta dan mengubah konsep tentang kosmos menjadi sains.

Sumber : CNN Indonesia 

 

Editor : Setyanegara

Tags: Alam semesta, Einstein, teori relativists

Related Posts