Gravitasi - 05. Einstein

Gagasan Newton secara keseluruhan mengubah cara orang memandang alam semesta. Sekitar 200 tahun kemudian, teori relativitas Albert Einstein memaksa orang untuk memikirkan kembali gagasan mereka tentang gravitasi.

        Teori Newton adalah prestasi yang luar biasa. Teori ini merangkum semua yang telah ditemukan orang tentang gravitasi, sampai pada waktu teori itu ditemukan. *Gagasan Newton memberi penjelasan yang bagus tentang bagaimana sebagian besar benda bekerja di Bumi. Tetapi, ada beberapa hal yang tidak dapat dijelaskan oleh hukum itu. Kelemahan ini menjadi terlihat pada tahun 1905 setelah fisikawan Jerman, *Albert Einstein mengumumkan hasil kerjanya.

• Fisika Klasik

Selain hukum gravitasi, Newton juga mengembangkan 3 hukum gerak, yang menjelaskan bagaimana gaya membuat benda bergerak. Semua hukum Newton ini kadang-kadang disebut fisika klasik.

• Si Jenius Yang Nakal

Albert Einstein (1879-1955) pertama kali tertarik fisika ketika berumur 5 tahun, ketika ayahnya menunjukkan kompas kepadanya. Kompas ini membangkitkan minatnya mengapa jarum kompas itu selalu menunjuk ke arah utara, dan seperti yang dikatakannya kemudian, dia tahu “pasti ada sesuatu yang tersembunyi di balik setiap kejadian”. Meskipun dia dikeluarkan dari sebuah sekolah karena kenakalannya, gagasannya yang brilian akhirnya merevolusi sains alam semesta.

         Para fisikawan telah beberapa kali mencoba untuk mengukur pengaruh gerakan Bumi pada pengukuran kecepatan cahaya. Menurut fisika klasik, selama Bumi mengorbit mengelilingi Matahari, kecepatan cahaya dari sebuah bintang terlihat sedikit lebih lambat ketika Bumi bergerak menjauhinya, dan menjadi sedikit lebih cepat ketika Bumi bergerak mendekati bintang itu. Pengaruh seperti itu tidak pernah ditemukan. Einstein memutuskan bahwa kecepatan cahaya di ruang angkasa selalu bernilai sama, tanpa menghiraukan gerakan orang yang mengukurnya. Einstein kemudian melakukan sejumlah *percobaan pemikiran untuk mengetahui bagaimana benda-benda berperilaku pada kecepatan yang sangat tinggi jika teorinya itu benar. Dia menemukan bahwa benda-benda akan bertambah massanya ketika bergerak, sedangkan panjangnya akan tampak berkurang. Dia juga menemukan bahwa gerak *jam yang sedang bergerak akan lebih lambat daripada gerak jam dalam keadaan diam.

• Percobaan Pemikiran

Percobaan pemikiran adalah percobaan yang dapat kamu lakukan dalam imajinasimu, bukan dalam kehidupan nyata. Dalam salah satu percobaan pemikiran pertamanya, Einstein membayangkan apa yang akan terjadi jika dia duduk dalam sebuah berkas cahaya dan mengamati dunia di sekitarnya. Ini adalah salah satu pengalaman yang membawanya pada teori relativitas. Para fisikawan sekarang masih menggunakan percobaan pemikiran. Sebagai contoh, tidak seorang pun tahu apa yang terjadi di dalam lubang hitam, tetapi dengan matematika dan percobaan pemikiran, para ilmuwan dapat membuat dugaan-dugaan yang cukup bagus.

• Waktu Relatif

Jam Atom

Dalam percobaan pemikiran yang lain, Einstein membayangkan apa yang akan terjadi pada dua orang kembar yang salah satunya tinggal di Bumi dan yang lain pergi ke ruang angkasa dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Kecepatan yang dialami si kembar kedua akan berarti bahwa waktu akan lebih lambat baginya, sehingga ketika dia kembali ke Bumi, dia akan lebih muda daripada saudara kembarnya. Ini telah diuji dalam sebuah percobaan dengan menggunakan sebuah jam atom yang sangat akurat yang diterbangkan dengan pesawat jet dalam rangkaian waktu yang telah ditetapkan, sedangkan jam kembarannya tetap diam. Ketika penerbangan berakhir, waktu yang terekam oleh jam yang bergerak sedikit tertinggal, seperti yang diperkirakan Einstein.

          Kesimpulan Einstein tentang perilaku benda-benda seperti yang dilihat oleh para pengamat yang bergerak terhadap lain (dalam gerakan relatif) telah dikenal sebagai “teori relativitas khusus”. Salah satu hal paling tidak lazim yang mengikuti teori ini adalah gagasan bahwa *massa dan energi adalah dua versi yang berbeda dari hal yang sebenarnya sama.

• Massa Dan Energi

Persamaan Einstein yang terkenal E=mc² menunjukkan bahwa sejumlah kecil massa (materi) dapat diubah menjadi energi dalam jumlah yang sangat besar. (Dalam persamaan itu, E adalah energi, m adalah massa, dan c adalah kecepatan cahaya.) Ini adalah gagasan dasar di balik energi nuklir dan bom atom. Ini juga menerangkan bagaimana bintang menggunakan materi untuk membuat energinya.

         Teori relativitas khusus mengatakan banyak hal tentang ruang, waktu, dan cahaya, tetapi sangat sedikit tentang gravitasi. Meskipun demikian, gravitasi adalah salah satu teori yang paling penting tentang alam semesta, sehingga perlu dicantumkan juga. Pada tahun 1916, Einstein memperluas teori khusus untuk dapat mencakup semua fisika, termasuk gravitasi. Dia menyebut penjelasan yang lebih lengkap ini sebagai “teori relativitas umum”.

        Dalam fisika klasik, ruang dan waktu sedikit menyerupai papan berkisi (seperti papan catur). *Hukum Newton menyatakan bahwa gravitasi adalah gaya tak kasat mata yang misterius, seperti magnetisme, yang menarik objek untuk saling mendekat melintasi papan.

• Einstein Dan Newton

Einstein sangat mengagumi Newton, tanpa karya Newton yang lebih awal, teori relativitas tidak mungkin ada. Kedua orang ini percaya pada alam semesta yang teratur yang bekerja dengan cara yang dapat diperkirakan. Einstein pernah mengatakan, “Tuhan tidak bermain dadu.” Maksudnya dia tidak percaya bahwa alam semesta dapat terjadi secara acak atau kacau.

         Pada teori umum Einstein, papan berkisi *ruang waktu bekerja seperti selembar karet tipis. Ketika sebuah benda berat diletakkan pada karet, karetnya melengkung ke bawah. Ini membuat benda-benda lain menggelinding ke arah benda tersebut sepertinya sebuah gaya (gravitasi) sedang menariknya bersama-sama. Menurut Einstein, gravitasi bukanlah gaya, tetapi melengkungnya ruang dan waktu karena massa. Pengaruh gravitasi sama―atau *ekuivalen dengan―pengaruh percepatan.

• Ruang Waktu

Bagi Newton, 3 dimensi ruang benar-benar terpisah dengan waktu. Dalam teori relativitas umum, Einstein menyatakan bahwa ruang dan waktu saling berhubungan sehingga membentuk struktur 4 dimensi yang di sebut ruang waktu, atau kontinum ruang waktu.

1. 
2. 

(Papan berkisi ruang waktu ① dilengkungkan oleh objek yang sangat besar seperti bintang ②. Pengaruh ini adalah apa yang kita sebut gravitasi.)

• Ekuivalensi

Einstein menjelaskan gravitasi dengan cara yang tidak seperti siapa pun sebelumnya. Andaikata seorang astronaut yang berada di pesawat ruang angkasa menjatuhkan sebuah pensil, jika pesawat ruang angkasa itu berada di tempat peluncurannya di Bumi, pensil itu akan jatuh ke lantai karena gravitasi Bumi. Namun, jika pesawat ruang angkasa berada jauh di ruang angkasa dan meningkatkan kecepatannya, pensil itu mungkin akan terlihat melayang di ruangan, dan lantai pesawat ruang angkasa bergerak menuju ke arahnya. Einstein menyebut gagasan ini sebagai “ekuivalensi”. Ini berarti gravitasi dan percepatan sebenarnya dapat menghasilkan pengaruh yang sama―pensil yang “jatuh”.

***