Cari Artikel Disini

3 Mei 2014

TEORI RELATIVITAS EINSTEIN YANG MELIUK


I.              PENDAHULUAN
Kita pasti sudah mendengar tentang 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.

III.        PEMBAHASAN
A.    Asumsi dari Teori Relativitas
Teori relativitas khusus muncul sebagai cara untuk menjelaskan fakta-fakta mengenai elektromagnetisme. Sebelum Einstein mengemukakan persamaan relativitas khusus, ia menggunakan 2 asumsi yang menurutnya benar dan sangat perlu, yaitu :
1)      Asas Relativitas
Menurut asas ini, tidak mungkin untuk membedakan satu sistem dari yang lain jika dua-duanya bergerak dengan kecepatan tetap (tidak dipercepat). Sebagai contoh, yaitu Adi di dalam sebuah mobil dan melihat mobil lain lewat jendela, waktu Adi tidak yakin mana yang bergerak sampai melongok sendiri keluar jendela. Dengan contoh tersebut dapat dikatakan bahwa semua hukum fisika, baik mekanika maupun elektromagnetisme, berlaku tanpa perubahan dalam kerangka yang kecepatannya tetapi.[2]
Sedangkan menurut teori relativitas khusus, waktu maupun ruang bersifat relatif terhadap pengamat yang bergerak-panjang dan selang waktu yang diukur seorang pengamat pada umumnya.[3]
Oleh karena itu, untuk memudahkan agar 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 karena sama dengan menggambarkan grafik tiga dimensi pada sebuah halaman dua dimensi.
2)      Kecepatan Cahaya
Kecepatan cahaya dalam ruang kosong tetap dan cahaya dapat bebas dari gerakan sumber cahaya maupun pengamat. Einstein pernah mencoba mencari fenomena alam yang dikaitkan dengan kejadian alam semesta ini dan ia dapatkan pada waktu ia mengamati bintang di langit. Pada mulanya ia bingung 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 mengatakan bahwa warna sinar bintang menunjukkan suhu permukaan bintang. Dalam mengamati hal ini ia ingat akan efek Doppler yang mana perubahan panjang gelombang dari sumber suara 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 karena menurutnya apabila pandangan Michelson benar berarti ia dapat mengetahui kecepatannya terhadap cahaya hanya dengan melakukan percobaan pada cermin.
B.     Akibat dari Asumsi (Postulat) Einstein
Setelah mengeluarkan kedua asumsi di atas, kemudian mengakibatkan beberapa hal, yaitu:
1)      Efek Pemuluran Waktu
Efek ini dapat diamati dalam berbagai macam percobaan. Contoh:
Pada penciptaan dan peluruhan partikel elementer muon.
Muon dapat dihasilkan dalam tumbukan berenergi tinggi antara partikel-partikel lain.
Dalam kerangka diam 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 diam 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 sejak percobaan pertama yang dilakukan oleh Morley-Michelson. Dalam semua percobaan yang dilakukan tidak ada satu pun bukti nyata yang diamati tentang perubahan laju cahaya terhadap arah meskipun kepekaan percobaannya telah ditingkatkan menjadi sepuluh kali lebih teliti daripada kepekaan percobaan semula.
b)      Pemuluran Waktu
Pemuluran waktu seperti yang kita bahas pada peristiwa pemuluran muon yang terciptakan oleh sinar kosmik. Contoh lain yaitu peluruhan partikel elementer berkecepatan tinggi yang dapat diselidiki dalam laboratorium.
c)      Massa dan Energi Relativistik
Setiap kali seorang fisikawan eksperimen nuklir atau partikel memasuki laboratorium, hampir selalu ia melakukan percobaan uji langsung atau tidak langsung terhadap hubungan massa-energi teori relativitas khusus. Contoh: pengubahan energi menjadi massa adalah 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 seperti proton.








 


d)     Ketidakkubahan Laju Cahaya
Jika laju cahaya memang bergantung pada gerak sumber atau pengamat, maka hal ini tidak dapat kita nyatakan sebagai C'=C + KU, di mana C adalah laju cahaya dalam kerangka diam 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 dapat 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 sasaran pada ketinggian H=100 m, di mana akibat tumbukannya dengan sasaran 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 tambahan energi dan karena itu panjang gelombangnya tergeser ke yang lebih pendek.[7]
b)      Pembelokan Cahaya Bintang
Tinjau seberkas cahaya yang lewat dekat permukaan matahari, seperti gambar di bawah ini :
Kita dapat menghitung sudut beloknya dengan menggunakan 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 bisa dibelokkan oleh medan gravitasi, tetapi cahaya yang dapat dibelokkan oleh medan gravitasi tidak bisa dibuktikan di bumi, sehingga cahaya tetap berjalan lurus di bumi karena kuat medan gravitasi bumi, sehingga cahaya tetap berjalan lurus di bumi, karena kuat 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, seperti gambar berikut:
Untuk menyelesaikan persoalan di samping kita bisa menggunakan mekanika Newton untuk menentukan garis edar kedua planet dan juga menghitung jarak dari bumi ke Venus. Sinyal akan lewat matahari jika mendekati konjungsi superior waktu yang dibutuhkan sejak 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 adalah elips sempurna dengan bintang M terletak pada salah satu titik apinya. Persamaannya :
rmin = jarak minimum antara planet dengan bintang
e = eksentrisitas elips
v  Apabila r = rmin, 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 persoalan yang mengganggu yaitu kehadiran suku (1-26 M/c2r) dalam penyebut menyebabkan selang (ds) menjadi “tak hingga” pada jari-jari Schwarzschild rs = 26 M/c2.
Sebuah benda yang tertarik menuju massa M sama sekali tidak merasakan sesuatu yang aneh 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 menggunakan asas kesetaraan. Akibat dari asas kesetaraan tersebut yaitu sebuah sistem pengamatan yang jatuh bebas dalam medan gravitasi bumi. Selain itu merupakan persamaan tensor yang menggunakan 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 dapat dituliskan dalam bentuk persamaan koordinat, tetapi yang digunakan di sini koordinat bola (I, Ө, φ):
 

Hal di atas dilakukan dengan syarat titik-titik yang berhimpitan juga harus memiliki 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 kasus ini, yang ingin kita ketahui adalah 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 saat 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

IV.        KESIMPULAN
Einstein dalam melakukan percobaannya menggunakan 2 asumsi (postulat) yaitu tentang asas relativitas dan kecepatan cahaya yang menurut Einstein kedua postulat itu perlu dan penting. Selain itu kedua asumsi tersebut ternyata mempunyai akibat pada percobaannya, akibatnya yaitu pemuluran waktu dalam ruang dan penyusutan pandang pada obyek yang diukur.
Dalam melakukan percobaannya, Einstein melakukan 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 menurut 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 menurut 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.

SEJARAH LAHIRNYA MU'TAZILAH

Peristiwa terbunuhnya Utsman bin Affan, khalifah ketiga, pada 666 M, di Madinah dalam pertentangan yang terjadi dengan tentara yang dat...

Daftar Blog Saya

Google+ Followers

Join this Site