Loading
TERAPAN teori EINSTEIN di kehidupan NYATA ———– Teori relativitas khusus menyatukan ruang dan waktu menjadi ruang-waktu. Teori ini menyatakan adanya pemuluran waktu sehingga waktu dinyatakan sebagai dimensi keempat yang memiliki arah yang bergantung terhadap kecepatan pengamat. ———– Teori relativitas umum menyuguhkan konsep baru tentang gravitasi yang menyatukan antara gravitasi dan relativitas yakni konsep gravitasi Einstein. Konsep gravitasi umum menyatakan bahwa ruang-waktu bukan datar, melainkan melengkung dan terdistorsi oleh massa dan energy di dalamnya. ————– | Islam dan Sains-Edy

TERAPAN teori EINSTEIN di kehidupan NYATA ———– Teori relativitas khusus menyatukan ruang dan waktu menjadi ruang-waktu. Teori ini menyatakan adanya pemuluran waktu sehingga waktu dinyatakan sebagai dimensi keempat yang memiliki arah yang bergantung terhadap kecepatan pengamat. ———– Teori relativitas umum menyuguhkan konsep baru tentang gravitasi yang menyatukan antara gravitasi dan relativitas yakni konsep gravitasi Einstein. Konsep gravitasi umum menyatakan bahwa ruang-waktu bukan datar, melainkan melengkung dan terdistorsi oleh massa dan energy di dalamnya. ————–

TERAPAN teori EINSTEIN …. di kehidupan NYATA
———–
Teori Relativitas Einstein muncul dari kesenjangan antara mekanika Albert Einstein and the Theory of Relativity Newton tentang perilaku zat  dengan electromagnet Maxwell (kecepatan cahaya).
———–

Teori relativitas khusus  menyatukan ruang dan waktu menjadi ruang-waktu. Teori ini menyatakan adanya pemuluran waktu sehingga waktu dinyatakan sebagai dimensi keempat yang  memiliki arah yang bergantung terhadap kecepatan pengamat.
———–

Teori relativitas umum menyuguhkan konsep baru tentang gravitasi yang menyatukan antara gravitasi dan relativitas yakni konsep gravitasi Einstein. Konsep gravitasi umum menyatakan bahwa ruang-waktu bukan datar, melainkan melengkung dan terdistorsi oleh massa dan energy di dalamnya.
————–

Gagasan ini melahirkan pandangan bahwa alam semesta atau jagat raya berhingga namun tak terbatas.

Manusia adalah spesies yang diciptakan oleh Tuhan dengan keingin-tahuan yang sangat besar, yang kemudian mendorongnya untuk menemukan pengetahuan yang kemudian dikenal dengan istilah “berfilsafat”. Namun seiring perkembangan ilmu pengetahuan, filosofi dianggap sudah tidak mengimbangi kemajuan terkini dalam sains, terutama fisika. Para ilmuwan telah menjadi pemegang obor penemuan dalam perjalanan pencarian pengetahuan.

Fisika abad ke-20 berbeda dangan fisika klasik. Terdapat dua perkembangan yang paling menyolok. Pertama, relativitas (kenisbian) oleh Albert Einstein pada 1905 dan teori kuantum oleh Max Planck pada 1900. Dua perkembangan ini adalah contoh revolusi ilmiah yang telah mengubah cara pandang manusia mengenai alam semesta secara mendasar.

Teori klasik Newton mengenai ruang dan waktu yang sebelumnya telah dipelajari, menyisakan keganjalan-keganjalan yang menggelitik rasa keingin- tahuan para ilmuwan untuk terus mengembangkan ilmu pengetahuan. Memasuki abad ke-19, Sebuah peristiwa yang cukup termahsyur yakni peristiwa dua orang kembar yang terpisah. Seseorang yang ada di bumi setelah berpuluh tahun lamanya mendapati saudara kembaranya yang telah melakukan perjalanan dari luar angkasa memiliki perberdaan umur dengan dirinya. Saudara kembarnya berumur lebih muda dari pada dirinya. Apa yang terjadi? Pertanyaan seperti ini tidak dapat di jawab dengan menggunakan teori ruang dan waktu oleh Newton yang menyatakan bahwa waktu adalah mutlak dimanapun tempatnya.

Oleh karena itu diperlukan suatu gagasan baru mengenai konsep ruang dan waktu serta pandangan baru mengenai konsep alam semesta. Untuk lebih memahami mengenai gagasan-gagasan dan pandangan terbaru mengenai alam semesta tersebut maka kita mempelajari teori terbaru di abad 19 yakni teori relativitas Einstein meliputi teori relativitas khusus dan teori relativitas umum. Kedua teori inilah yang memberikan pemahaman yang baru mengenai konsep ruang-waktu 4 dimensi serta bentuk alam semesta yang berhingga tapi tak terbatas.

Teori Relativitas Einstein

Teori ini bertolak pada kerangka acuan inersial yaitu kerangka acuan yang bergerak relatif dengan kecepatan konstan terhadap kerangka acuan yang lain. Sepuluh tahun kemudian pada tahun 1915, Einstein mengemukakan teori relativitas umum yang bertolak dari kerangka acuan yang bergerak dipercepat terhadap kerangka acuan yang lainnya.

Postulat Teori Relativitas Einstain

Dalam mengemukakan teori relativitas khusus ini Einstein mengemukakan dua postulat, kedua postulat tersebut kemudian menjadi dasar teori relativitas khusus. Kedua postulat itu adalah :

  1. Postulat pertama, hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan inersia.
  2. Postulat kedua, kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak tergantung dari keadaan gerak pengamat itu. Kecepatan cahaya di ruang hampa sebesar c = 3.108 m/s.

Dengan dasar dua postulat tersebut dan dibantu secara matematis dengan transformasi Lorentz, Einstain dapat menjelaskan relativitas khusus dengan baik. Hal terpenting yang perlu dijelaskan dalam transformasi Lorentz adalah semua besaran yang terukur oleh pengamat diam dan bergerak tidaklah sama kecuali kecepatan cahaya. Besaran -besaran yang berbeda itu dapat dijelaskan seperti dibawah.

Pada postulat yang pertama tersebut menyatakan ketiadaan kerangka acuan universal. Apabila hukum fisika berbeda untuk pengamat yang berbeda dalam keadaan gerak relatif, maka kita dapat menentukan mana yang dalam keadaan “diam” dan mana yang “bergerak” dari perbedaan tersebut. Akan tetapi karena tidak ada kerangka acuan universal, perbedaan itu tidak terdapat, sehingga muncullah postulat ini. Postulat pertama menekankan bahwa prinsip Relativitas Newton berlaku untuk semua rumus Fisika, tidak hanya dalam bidang mekanika, tetapi pada hukum-hukum Fisika lainnya. Sedangkan postulat yang kedua sebagai konsekuensi dari postulat yang pertama, sehingga kelihatannya postulat kedua ini bertentangan dengan teori Relativitas Newton dan transformasi Galileo tidak berlaku untuk cahaya. Dalam postulat ini Einstein menyatakan bahwa selang waktu pengamatan antara pengamat yang diam dengan pengamat yang bergerak relatif terhadap kejadian yang diamati tidak sama (t ≠ t’). Menurut Einstein besaran kecepatan, waktu, massa, panjang adalah bersifat relatif. Untuk dapat memasukkan konsep relativitas Einstein diperlukan transformasi lain, yaitu transformasi Lorentz.

Akibat Postulat Einstain

Pada postulat Einstain telah dijalaskan bahwa besaran yang tetap dan sama untuk semua pengamat hanyalah kecepatan cahaya berarti besaran lain tidaklah sama. Besaran – besaran itu diantaranya adalah kecepatan relatih benda, panjang benda waktu, massa dan energi.

a. Kecepatan relatif

Teori Relativitas Einstein,contoh Teori Relativitas Einstein,penerapan Teori Relativitas Einstein,aplikasi Teori Relativitas Einstein

Jika ada sebuah pesawat (acuan O’) yang bergerak dengan kecepatan v terhadap bumi (acuan O) dan pesawat melepaskan bom (benda) dengan kecepatan tertentu maka kecepatan bom tidaklah sama menurut orang di bumi dengan orang di pesawat. Kecepatan relatif itu memenuhi persamaan berikut.

V_{x}=\frac{V_{x}'+V}{1+\frac{v-V_{x}'}{c^{2}}}

dengan :

vx = kecepatan benda relatif terhadap pengamat diam (m/s)
vx = kecepatan benda relatif terhadap pengamat bergerak (m/s)
v = kecepatan pengamat bergerak (O’) relatif terhadap pengamat diam (O)
c = kecepatan cahaya

 b. Kontransi Panjang

Kontransi panjang adalah penyusutan panjang suatu benda menurut pengamat yang bergerak. Penyusutan ini memenuhi persamaan berikut.

L=L_{0}\sqrt{1-\frac{V^{2}}{c^{2}}}

dengan :

L = panjang benda menurut pengamat yang bergerak relatif terhadap benda
L0 = panjang benda menurut pengamat yang diam relatif terhadap benda

 c. Dilatasi Waktu

Dilatasi waktu adalah peristiwa pengembungan waktu menurut pengamat yang bergerak. Hubungannya memenuhi persamaan berikut.

\Delta t=\frac{\Delta t_{0}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}

dengan :

Δt = selang waktu menurut pengamat yang bergerak terhadap kejadian
Δt0 = selang waktu menurut pengamat yang diam terhadap kejadian

d. Massa dan energi relatif

Perubahan besaran oleh pengamat diam dan bergerak juga terjadi pada massa benda dan energinya.

m=\frac{m_{0}}{\sqrt{1-\frac{v^{2}}{c^{2}}}}

Dan energi benda diam dan bergerak memiliki hubungan sebagai berikut.

(a) Energi total : E = mc2
(b) Energi diam : E0 = m0 c2
(c) Energi kinetik : Ek = E – E0

Poin-poin diatas merupakan formulasi energi dari teori relativitas einstein.
===============

Tak perlu pergi keluar angkasa, seperti yang diceritakan film tersebut untuk mengalami bagaimana relativitas Einstein terjadi, karena pada hakikatnya teori relativitas itu sendiri telah kita alami dalam kehidupan sehari-hari yang mungkin belum disadari karena hanya sebagain kecil yang memahaminya.

Teori Relativitas dirumuskan Einstein pada tahun 1905, dengan asumsi bahwa hukum-hukum fisika berlaku sama dimanapun berada. Teori ini menjelaskan perilaku objek dalam ruang dan waktu, dan dapat digunakan untuk memprediksi banyak hal, mulai dari keberadaan lubang hitam, cahaya lentur karena gravitasi, serta perilaku planet Merkurius terhadap orbitnya.

Teorinya tampak sederhana, namun sangat rumit. Teori pertama menyebutkan bahwa tidak ada kerangka acuan “mutlak”. Saat mengukur kecepatan objek, momentum atau bagaimana kita mengalami waktu selalu ada kaitannya dengan yang lain. Kedua, Einstein mengatakan bahwa kecapatan selalu sama, tidak peduli siapa yang mengukur dan seberapa cepat ia mengukurnya. Ketiga tidak ada yang lebih cepat dari kecepatan cahaya, bukti besarnya terjadi saat cahaya matahari menerangi bumi.

Implikasi teori Einstein yang paling terkenal adalah mengenai dilatasi waktu. Yang berarti bahwa jika kecepatan cahaya selalu sama, maka pesawat ruang angkasa astronot harus bergerak sangat cepat relatif terhadap bumi. Hal ini menurut pengamat di bumi waktu astronot melambat. Sehingga disebut fenomena dilatasi waktu, dimana waktu untuk astronot diruang angkasa lebih awet muda dibandingkan dengan waktu pengamat di bumi. Selain itu pesawat astronot akan lebih terlihat memanjang, yang disebut kontraksi panjang.

Tak mungkin kita berlari untuk mengejar kecepatan cahaya dalam upaya membuktikannya. Sadar atau tidak disadari teknologi canggih saat ini, telah memperlihatkan kepada kita bahwa efek relativitas telah kita rasakan dalam kehidupan sehari-hari, sekaligus membuktikan bahwa Einstein benar mengenai teorinya.

Berikut merupakan 6 (Enam) hal yang memperlihatkan teori relativitas dalam kegiatan manusia sehari-hari di muka bumi:

1. GPS (Global Positioning System)

pencitraan lokasi oleh GPS, gambar: mnn.com

GPS nampaknya sudah tak asing lagi bagi pengguna smartphone. Penggunaanya bisa ditemukan pada beragam aplikasi, mulai dari facebook, twitter hingga yang paling populer foursquare dan Google Maps.

Tak hanya itu, kendaraan seperti mobil dan pesawat menggunakan GPS untuk mengetahui jalur navigasi secara akurat. Satelit sebagai pusat informasi GPS menggunakan relativitas sebagai dasar teorinya. Meskipun satelit tidak bisa mengikuti kecepatan cahaya, namun ia sangat cepat dalam teknologi yang diciptakan manusia untuk memberikan sinyal ke stasiun di bumi.

Stasiun di bumi termasuk GPS akan mengalami percepatan yang lebih tinggi, karena pengaruh gravitasi dari satelit di orbit. Agar akurat satelit menggunakan jam yang memiliki keakuratan tinggi dengan hitungan miliar detik (nanodetik). Karena setiap satelit berada pada ketinggian 12.600 mil (20.300) km diatas bumi, bergerak sekitar 6000 mil perjam atau setara 10.000 km/jam, terdapat dilatasi waktu relativistik pada jam sekitar 4 mikrodetik setiap harinya. Ditambah dengan efek gravitasi menjadi sekitar 7 mikrodetik atau 7000 nanodetik.

Perbedaan yang sangat nyata pada hitungan waktu tersebut. Jika saja tidak ada teori efek relativistik, maka unit GPS yang memberitahukan kita bahwa jarak setengah mil atau 0,8 km, dihari berikutnya akan berjarak 8 km atau 5 mil.

2. Medan Magnet

Magnet juga merupakan efek relativistik. Jika kita menggunakan listrik, patut berterima kasih pada relativitas bahwasanya generator listrik dapat berfungsi dengan baik. Saat mengambil loop kawat dan digerakan melewatkannya pada medan magnet maka akan dihasilkan arus listrik. Partikel bermuatan dalam kawat dipengaruhi oleh perubahan medan magnet, yang memaksa beberapa dari medan magnet untuk bergerak dan menciptakan arus listrik.

lilitan kawat disekitar medan magnet

Tapi saat ini, pada saat kawat beristirahat diam pada medan magnet, ternyata arus listrik masih tetap terjadi. Seharusnya disaat diam, medan magnet tak lagi mempengaruhi kawat dan tidak terjadi arus listrik. Hal tersebut membuktikan bahwa tidak ada kerangka acuan mutlak atau istimewa.

Thomas Moore, seorang profesor fisika di Pomona College di Claremont, California, menggunakan prinsip relativitas untuk menunjukkan mengapa hukum Faraday, yang menyatakan bahwa Medan magnet berubah menciptakan arus listrik, adalah benar.

Moore mengatakan bahwa “karena ini adalah inti prinsip dibalik transformator dan generator listrik, siapa saja yang menggunakan listrik akan mengalami efek relativitas”.

Elektromagnetik bekerja melalui relativitas. Ketika arus searah (DC) dari muatan listrik mengalir melalui kawat, elektron hanyut melalui materi. Biasanya kawat akan terlihat bermuatan netral, dengan tidak ada muatan positif atau negatif yang bersih. Sebagai konsekuensi memiliki  jumlah yang sama antara (muatan positif) proton dan elektron (muatan negatif ). Namun, jika kita menaruh kabel lain di sampingnya dengan arus DC, maka kabel menarik atau menolak satu sama lain, tergantung pada arah geraknya.

Dengan asumsi arus bergerak ke arah yang sama, elektron dalam kawat pertama melihat elektron dalam kawat kedua sebagai benda bergerak. (Dengan asumsi arus sekitar dengan kekuatan yang sama). Sementara itu, dari sudut pandang elektron, proton di kawat kedua terlihat seperti bergerak. Karena kontraksi relativistik panjang, mereka tampaknya menjadi lebih berdekatan, sehingga ada tambahan muatan lebih positif per panjang kawat dari muatan negatif. Saat muatan menolak, kabel kedua juga menolak.

Arus berlawanan arah menghasilkan daya tarik, karena dari kawat pertama, elektron dalam kawat lain bergerak bersama-sama, membuat muatan negatif bersih. Sementara itu, oleh proton dalam kawat pertama menciptakan muatan positif bersih, dan sebaliknya.

3. Emas

Kebanyakan logam mengkilap karena elektron dalam atom melompat dari tingkat energi atau “orbital” yang berbeda. Beberapa foton (partikel cahaya) yang mengenai logam bisa diserap dan dipancarkan kembali, meskipun pada panjang gelombang yang lebih panjang. Kebanyakan merupakan cahaya tampak.

emas, gambar: mnn.com

Emas adalah atom berat, sehingga elektron bergerak cukup cepat membuat peningkatan massa relativistik signifikan, serta mengalami kontraksi panjang. Akibatnya, elektron berputar di sekitar inti dalam jalur yang lebih pendek, dengan momentum lebih. Elektron dalam orbital membawa energi yang lebih dekat dengan energi elektron terluar, dan panjang gelombang yang bisa diserap dan dipantulkan lebih panjang.

Panjang gelombang cahaya menunjukkan bahwa beberapa cahaya tampak yang biasanya hanya akan tercermin akan diserap, dan termasuk cahaya diujung spektrum yaitu biru. Cahaya putih adalah campuran dari semua warna pelangi, tetapi dalam kasus emas, ketika cahaya akan diserap dan dipancarkan kembali panjang gelombang biasanya lebih lama. Itu berarti campuran gelombang cahaya yang kita lihat cenderung memiliki lebih sedikit biru dan ungu di dalamnya. Hal ini membuat emas tampak kekuningan karena cahaya kuning, oranye dan merah yang merupakan cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari biru.

Efek relativistik pada elektron emas juga merupakan salah satu alasan bahwa logam tidak menimbulkan korosi atau bereaksi dengan apa pun dengan mudah.

Emas hanya memiliki satuelektrondi kulit terluarnya, tetapimasihtidakreaktifpada kalsiumataulithium. Sebaliknya,elektron dalamemas, menjadi”berat” dari yang seharusnya, semuanya karenalebih dekat keinti atom. Iniberartibahwaelektronterluartidak mungkinberada ditempatdi mana ia dapatbereaksi dengan sesuatu. Hal itumemungkinkan untukberada di antarasesamaelektronyang dekat denganinti.

4.  Merkuri adalah Cairan

Merkuri, Raksa

Mirip dengan emas, merkuri juga merupakan atom berat, dengan elektron dekat pada inti karena peningkatan massa dan kecepatannya. Pada merkuri, ikatan antara atom lemah, sehingga merkuri meleleh pada suhu yang lebih rendah dan biasanya cair ketika kita melihatnya.

5. TV/Monitor Tabung

Beberapa tahun yang lalu sebagian besar televisi dan monitor memiliki layar tabung sinar katoda. Sebuah tabung sinar katoda bekerja dengan menembakkan elektron pada permukaan fosfor dengan magnet besar.

Televisi Tabung Sinar katoda

Setiap elektron membuat pixel menyala ketika menyentuh belakang layar. Elektron ditembakkan untuk memunculkan gambar bergerak sampai dengan 30 persen kecepatan cahaya. Efek relativistik terlihat jelas dalam hal ini, ketika berhubungan dengan magnet harus memperhitungkan segala efek-efeknya.

6. PLTN dan Supernova

Relativitas adalah salah satu alasan bahwa massa dan energi dapat dikonversi menjadi satu sama lain, seperti bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir bekerja, dan mengapa matahari bersinar. Efek lain yang penting adalah dalam ledakan supernova, yang menandakan kematian bintang masif.

supernova, gambar: pimco.com

Supernova ada karena efek relativistik mengatasi efek kuantum dalam inti bintang cukup besar, yang memungkinkan tiba-tiba meledak karena beratnya sendiri sampai menjadi bintang neutron yang jauh lebih kecil dan lebih keras,” kata Moore.

Dalam sebuah supernova, lapisan luar dari runtuhnya bintang turun ke inti, dan menciptakan ledakan raksasa menciptakan unsur yang lebih berat dari besi. Bahkan, hampir semua elemen berat kita kenal terdapat dalam supernova.

“Jika relativitas tidak ada, bahkan bintang-bintang yang paling besar akan mengakhiri hidup mereka sebagai bintang kerdil putih, tidak pernah meledak, dan kami tidak akan ada untuk berpikir tentang hal itu.” Kata Moore.
===============

Konsep teori relativitas

  • Teori relativitas khusus Einstein-tingkah laku benda yang terlokalisasi dalam kerangka acuan inersia, umumnya hanya berlaku pada kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya.
  • Transforasi Lorentz-persamaan transformasi yang digunakan untuk menghitung perubahan koordinat benda pada kasus relativitas khusus.
  • Teori relativitas umum Einstein-Teori yang lebih luas, dengan memasukkan graviti sebagai fenomena geometris dalam sistem koordinat ruang dan waktu yang melengkung, juga dimasukkan kerangka acuan non inersia (misalnya, percepatan).
  • Prinsip relativitas fundamental.

Apakah relativitas itu?

Relativitas klasik (yang diperkenalkan pertama kali oleh Galileo Galilei dan didefinisikan ulang oleh Sir Isaac Newton) mencakup transformasi sederhana diantara benda yang bergerak dan seorang pengamat pada kerangka acuan lain yang diam (inersia). Jika kamu berjalan di dalam sebuah kereta yang bergerak, dan seseorang yang diam diatas tanah (di luar kereta) memperhatikanmu, kecepatanmu relatif terhadap pengamat adalah total dari kecepatanmu bergerak relatif terhadap kereta dengan kecepatan kereta relatif terhadap pengamat. Jika kamu berada dalam kerangka acuan diam, dan kereta (dan seseorang yang duduk dalam kereta) berada dalam kerangka acuan lain, maka pengamat adalah orang yang duduk dalam kereta tersebut.

Permasalahan dengan relatifitas ini terjadi ketika diaplikasikan pada cahaya, pada akhir 1800-an, untuk merambatkan gelombang melalui alam semesta terdapat substansi yang dikenal dengan eter, yang mempunyai kerangka acuan(sama seperti pada kereta pada contoh di atas). Eksperimen Michelson-Morley, bagaimanapun juga telah gagal untuk mendeteksi gerak bumi relatif terhadap eter, dan tak ada seorangpun yang bisa menjelaskan fenomena ini. Ada sesuatu yang salah dalam interpretasi klasik dari relatifitas jika diaplikasikan pada cahaya…dan kemudian muncullah pemahaman baru yang lebih matang setelah Einstein datang untuk menjelaskan fenomena ini.

Pengenalan tentang relativitas khusus

Pada tahun 1905, albert eintein mempubilkasikan (bersama dengan makalah lainnya) makalah yang berjudul, “On the Electrodynamics of Moving Bodies” atau dalam bahasa indonesianya kurang lebih demikian,”Elektrodinamika benda bergerak” dalam jurnal Annalen der physik. Makalah yang menyajikan teori relativitas khusus, berdasarkan dua postulat utama:

  1. Postulat Einstein Prinsip relativtas (pestulat pertama): Hukum-hukum fisika adalah sama untuk setiap kerangka acuan
  2. Prinsip kekonstanan kecepatan cahaya (postulat kedua): Cahaya dapat merambat dalam vakum (misalnya, ruang vakum, atau “ruang bebas”), kecepatan cahaya dinotasikan dengan c, yang konstan terhadap gerak benda yang meiliki radiasi.

sebenarnya, makalah tersebut menyajikan lebih formal, formulasi matematika dari postulat tersebut. Bentuk dari postulat mungkin sedikit berbeda dari buku teks yang satu dengan yang lain karena translasi dari bentuk matematika Jerman dengan bentuk Inggris yang selama ini sering kita lihat.

Postulat kedua sering ditulis sembarangan dengan memasukkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah c untuk setiap kerangka acuan. Sebenarnya postulat ini adalah berasal dari dua postulat, bukan dari postulat kedua itu sendiri.

Postulat pertama kelihatan lebih masuk akal, tetapi bagaimanapun juga postulat kedua merupakan revolusi besar dalam ilmu fisika. Einstein sudah memperkenalkan teori foton cahaya dalam makalahnya pada efek fotolistrik (yang menghasilkan kesimpulan ketidakperluan eter).Postulat kedua, adalah sebuah konsekuensi dari foton yang tak bermassa bergerak dengan kecepatan c pada ruang hampa. Eter tidak lagi memiliki peran khusus sebagai kerangka acuan inersia “mutlak” alam semesta, jadi bukan hanya tidak perlu, tetapi juga secara kualitatif tidak berguna di dalam relativitas khusus. Adapun makalah tersebut adalah untuk menggabungkan persamaan Maxwell untuk listrik dan magnet dengan gerak elektron dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Hasil dari makalah Einstein adalah memperkenalkan transformasi koordinat baru, dinamakan transformasi Lorentz, antara kerangka acuan inersia. Pada kecepatan lambat, transformasi ini pada dasarnya identik dengan moel klasik, untuk kecepetan yang mendekati kecepatan cahaya, menghasilkan nilai yang berbeda secara radikal.

Efek dari Relativitas Khusus

Relativitas khusus menghasilkan beberapa konsekuensi dari penggunaan transformasi Lorentz pada kecepatan tinggi (mendekati kecepatan cahaya). Diantaranya adalah :

  • Dilatasi waktu (termasuk “paradok kembar” yang terkenal)
  • Konstraksi panjang
  • Transformasi kecepatan
  • Efek doppler relativistk
  • Simultanitas dan sinkronisasi waktu
  • Momentum relativistik
  • Energi kinetik relativistik
  • Massa relativistik
  • Energi total relativistik

Selain itu, manipulasi aljabar sederhana dari konsep-konsep di atas menghasilkan dua hasil signifikan yang pantas dijelaskan sendiri.

Hubungan Massa-Energi

Enstein mampu menunjukkan bahwa terdapat hubungan antara massa dan energi, melalui rumus yang sangat terkenal E=mc2. Hubungan ini telah dibuktikan dengan peristiwa yang sangat dramatis di dunia, ketika bom nuklir melepaskan energi dari massa di Hiroshima dan Nagasaki pada akhir perang dunia kedua.

Kecepatan Cahaya

Tak ada objek bermassa yang dapat bergerak dipercepat menuju kecepatan cahaya. Hanya objek tak bermassa, seperti foton, yang dapat bergerak dengan kecepatan cahaya. (foton tidak bergerak dipercepat menuju kecepatan cahaya, tetapi foton selalu bergerak dengan kecapatan cahaya).

Tetapi bagi objek fisis, kecepatan cahaya adalah terbatas. Energi kinetik pada kecepatan cahaya menjadi tak terbatas, jadi tidak pernah dapat dicapai dengan percepatan. Beberapa telah menunjukkan bahwa sebuah objek secara teori dapat bergerak melebihi kecepatan cahaya, tetapi sejauh ini tidak ada entitas fisik yang dapat menujukkan itu.

Adopsi Relativitas Khusus

Pada 1908, Max Plank mengaplikasikan bentuk “teori relativitas” untuk menjelaskan konsep relativitas khusus, karena aturan kunci dari relativitas memainkan peran dalam konsep tersebut. Pada waktu itu, tentunya bentuk yang diaplikasikan hanya pada relativitas khusus, karena memang belum terdapat relativitas umum.

Relativitas Einstein tidak segera diterima oleh fisikawan secara keseluruhan, karena kelihatan sangat teoretis dan conterintuitif. Kemudian Einstein menerima penghargaan Nobel pada 1921, khususnya penyelesaiannya untuk efek fotolistrik dan kontribusinya pada fisika teori. Tetapi Relativitas masih menjadi kontroversi untuk menjadi referensi spesifik.

Seiring berjalannya waktu, bagaimanapun juga, presiksinya terhadap relativitas khusus akhirya menjadi kenyataan. Misalkan, jam terbang di selruh dunia telah menunjukkan adanya perlambatan dengan durasi yang diprediksi oleh teori relativitas. Albert Einstein tidak menciptakan sendiri transformasi koordinat yang dibutuhkan untuk relativitas khusus. Dia tidak harus melakukannya, karena transformasi yang dibutukan telah ada sebelumnya. Einstein menjadi seorang yang ahli dalam pekerjaannya yang terdahulu dan menyesuaikan diri pada situasi yang baru, dan juga dengan transformasi Lorentz seperti yang telah Planck gunakan pada 1900 untuk menyelesaikan permasalahan bencana ultraviolet pada radiasi benda hitam, Einstein merancang solusi untuk efek fotolistrik, dan dengan demikian dia telah mengembangkan teori foton untuk cahaya.

Asal Mula Transformasi Lorentz

Transformasi Lorentz sebenarnya pertama kali telah diperkenalkan oleh Joseph Larmor pada 1897. Versi yang sedikit berbeda telah diperkenalkan pada beberapa dekade sebelumnya oleh Woldemar Voigt, tetapi versinya memiliki bentuk kuadrat pada persamaan dilatasi waktu.

Tetapi, persamaan dilatasi waktu kedua versi tersebut dapat ditunjukkan sebagai invarian dalam persamaan Maxwell. Seorang Matematikawan dan fisikawan Hendrik Antoon Lorentz mengusulkan gagasan “waktu lokal” untuk menjelaskan relatif simultanitas pada 1895, walaupun dia juga bekerja secara terpisah pada transformasi yang sama untuk menjelaskan hasil “nol” pada percobaan Michelson dan Morley. Dia mengenalkan transformasi koordinatnya pada 1899, dan menambahkan dilatasi waktu pada 1904. Pada 1905, Henri Poincare memodifikasi formulasi aljabar dan menyumbangkannya kepada Lorentz dengan nama “Transformasi Lorentz,” formulasi Poincare pada transformasi tersebut pada dasarnya identik dengan apa yang digunakan Einstein. Transformasi Lorentz tersebut menggunakan sistem koordinat empat dimensi, yaitu tiga koordinat ruang (x, y, dan z) dan satu koordinat waktu (t). Koordinat baru ditandai dengan tanda apostrof diucapkan “abstain,” seperti x’ dibaca “x-abstain.” Pada contoh dibawah ini, kecepatan adalah dalam arah x’, dengan besar

u: x’=(x-ut)/v(1-u2/c2 )

y’=y

z’=z

t’={t-(u/c^2 )x}/v(1-u2/c2)

Transformasi tersebut hanya untuk demonstrasi. Aplikasi dari persamaan tersebut akan ditangani secara terpisah. Bentuk v((1-u2/c2) sering muncul dalam relativitas sehingga dilambangkan dengan simbol yunani ? (dibaca gamma) dalam beberapa penyajian.

Perlu diingat bahwa pada kasus u << c (u jauh lebih kecil dibandingkan c), maka u2/c2 akan menjadi sangat kecil sehingga di dalam bentuk akar akan menghasilkan nilai satu, maka nilai ? akan menjadi satu. Oleh karena itu, dilatasi ruang dan waktu menjadi sangat tidak berpengaruh untuk benda yang bergerak jauh dibawah kecepatan cahaya.

Konsekuensi dari Transformasi Lorentz

Relativitas khusus menghasilkan beberapa konsekuensi dari penggunaan Transformasi Lorentz pada kecepatan tinggi (mendekati kecepatan cahaya). Diantaranya adalah :

  • Dilatasi waktu (termasuk “paradok kembar” yang terkenal)
  • Konstraksi panjang
  • Transformasi kecepatan
  • Efek doppler relativistk Simultanitas dan sinkronisasi waktu
  • Momentum relativistik
  • Energi kinetik relativistik
  • Massa relativistik
  • Energi total relativistik

Kontroversi Lorenz dan Einstein

Beberapa orang mengatakan bahwa sebenarnya sebagian besar pekerjaan dari relativitas khusus yang telah dikerjakan einstein telah ada dalam transformasi Lorentz. Konsep dilatasi dan simultanitas untuk pergerakan benda telah disebutkan dan secara matematis telah dikembangkan oleh Lorentz dan Poincare. Beberapa orang mengganggap bahwa Einstein adalah seorang plagiator.

Tentunya terdapat validitas untuk tuduhan tersebut.Tentu saja, revolusi besar Einstein dibangun berdasarkan pekerjaan-pekerjaan orang lain, dan Einstein mendapatkan banyak hasil atas apa yang telah mereka hasilkan secara kasar.

Pada waktu yang sama, tetapi harus dipertimbankan bahwa Einstein mengambi konsep-konsep dasar ini dan memebangunnya menjadi sebuah kerangka teori yang menjadikan konsep-konsep tersebut untuk bukan hanya sekedar trik matematis untuk menyelamatkan dying teori (teori sekarat) seperti teori eter, melainkan menggunakan aspek-aspek fundamental alam pada tempatnya. Terdapat ketidakjelasan bahwa Larmor, Lorentz, atau Poincare yang dimaksudkan agar berani bergerak, namun sejaraha telah memberikan penghargaan kepada Einstein atas wawasan dan keberainannya.

Pada 1905, Teori Einstein (relativitas khusus), dia menunujukkan bahwa diantara kerangka acuan inersia tidak terdapat kerangka acuan “utama.” Perkembangan dari relativitas umum terjadi, sebagian sebagai upaya untuk menunjukkan bahwa ini benar di antara non-inersia (yaitu mempercepat) kerangka acuan juga.

Evolusi Relativitas Umum

Pada 1907, Einstein mempublikasikan artikelnya yang pertama pada Efek gravitasi pada cahaya dibawah relativitas khusus. Pada makalah tesebut, Einstein menguraikan “prinsip ekuivalensi,” yang menyatakan bahwa pengamatan pada percobaan di bumi (dengan percepatan gravitasi g) akan identik dengan pengamatan pada percobaan dalam roket yang bergerak dengan kecepatan g.

Prinsip ekuivalensi tersebut diformulasikan sebagai:

we […] assume the complete physical equivalence of a gravitational field and a corresponding acceleration of the reference system.

Yang artinya kurang lebih demikian :

Kami […] mengasumsikan kesetaraan fisis lengkap dari medan gravitasi dan hubungannya dengan percepatan dari sistem kerangka acuan.

Seperti yang dikatakan Einstein atau pada buku Fisika Modern:

There is no local experiment that can be done to distinguish between the effects of a uniform gravitational field in a nonaccelerating inertial frame and the effects of a uniformly accelerating (noninertial) reference frame.

Atau dalam bahasa indonesia kurang lebih demikian :

Tidak ada percobaaan lokal yang dapat dilakukan untuk membedakan antara efek dari medan gravitasi seragam dalam kerangka acuan yang tidak dipercepat dan efek dari percepatan seragam (tidak inersia) kerangka acuan.

Artikel kedua pada subjek muncul pada tahun 1911, dan 1912 Einstein secara aktif bekerja untuk memahami sebuah teori relativitas umum yang bisa menjelaskan relativitas khusus, tetapi juga akan menjelaskan gravitasi sebagai fenomena geometris.

Pada tahun 1915, Einstein menerbitkan serangkaian persamaan diferensial yang dikenal sebagai persamaan medan Einstein. Relativitas umum Einstein menggambarkan alam semesta sebagai suatu sistem geometris tiga ruang dan satu dimensi waktu. Kehadiran massa, energi, dan momentum (kuantutasi secara kolektif sebagai kepadatan massa-energi atau tekanan-energi) yang dihasilkan dalam tekukan sistem koordinat ruang-waktu. Gravitasi, oleh karena itu, merupakan sebuah pergerakan sepanjang “sederhana” atau paling tidak rute energetik sepanjang lengkungan ruang-waktu.

Bentuk Matematika Dari Relativitas Umum

Pada bentuk yang sederhana, dan menghilangan matematika yang kompleks, Einstein menemukan hubungan antara kelengkungan ruang-waktu dengan kerapatan massa-energi:

(Kelengkungan ruang-waktu) = (kerapatan massa-energi)*8µG/c4

Persamaan tersebut menunjukkan hubungan secara langsung, proporsional terhadap kontanta. Kontanta gravitasi G, berasal dari hukum Newton untuk gravitasi, sementara ketergantungan terhadap kecepatan cahaya, c, adalah berasal dari teori relativitas khusus.

Dalam kasus nol (atau mendekati nol) (yaitu ruang hampa), ruang-waktu berbentuk datar. Gravitasi klasik adalah kasus khusus untuk manifestasi gravitasi pada medan gravitasi lemah, dimana bentuk c4 (denominator yang sangat besar) dan G (nilai yang sangat kecil) membuat koreksi kelengkungan kecil.

Sekali lagi, Einstein tidak tidak keluar dari topik. Dia bekerja keras dengan geometri Riemannian (geometri non Euclidean yang dikembangkan oleh matematikawan Bernhard Riemann beberapa tahun sebelumnya), meskipun ruang yang dihasilkan adalah 4 dimensi Lorentzian bermacam-macam daripada geometri Riemann ketat. Namun, karya Riemann sangat penting bagi persamaan medan Einstein.

Apakah sebenarnya Relativitas Umum?

Untuk analogi relativitas umum, pertimbangkan bahwa kamu membentangkan sebuah seprai atau suatu lembaran yang datar dan elastik. Sekarang kamu meletakkan sesuatu dengan berat yang bervariasi pada lembaran tersebut. Jika kita menempatkan sesuatu yang sangat ringan maka bentuk seprai akan sedikit lebih turun sesuai dengan berat benda tersebut. Tetaoi jika kamu meletakkan sesuatu yang berat, maka akan terjadi kelengkungan yang lebih besar.

Asumsikan terdapat benda yang berat berada pada lembaran tersebut, dan kamu meletakkan benda lain yang lebih ringan di dekatnya. Kelengkungan yang diciptakan oleh benda yang lebih berat akan menyebabkan benda yang lebih ringan “terpeleset” disepanjang kurva ke arah kurva tersebut, karena benda yang lebih ringan mencoba untuk mencapai keseimbangan sampai pada akhirnya benda tersebut tidak bergerak lagi (dalam kasus ini, tentu saja terdapat pertimbangan lain, misalnya bentuk dari benda tersebut, sebuah bola akan menggelinding, sedangkan kubus akan terperosot, karena pengaruh gesekan atau semacamnya).

Hal ini serupa dengan bagaimana relativitas umum menjelaskan gravitasi. Kelengkungan dari cahaya bukan karena beratnya, tetapi kelengkungan yang diciptakan oleh benda berat lain yang membuat kita tetap melayang di luar angkasa. Kelengkungan yang diciptakan oleh bumi membuat bulan tetap bergerak sesuai dengan orbitnya, tetapi pada waktu yang sama, kelengkungan yang diciptakan bulan cukup untuk mempengaruhi pasang surut air laut.

Pembuktian Relativitas Umum

Semua temuan-temuan relativitas khusus juga mendukung relativitas umum, karena teori-teori ini adalah konsisten. Relativitas umum juga menjelaskan semua fenomena-fenomena mekanika klasik, yang juga konsisten.

Selain itu, beberapa temuan mendukung prediksi unik dari relaivitas umum:

  • Presisi dari perihelion Merkurius
  • Pembelokan gravitasi cahaya bintang
  • Pelebaran alam semesta (dalam bentuk konstanta kosmologis)
  • Delay dari gema radar
  • Radiasi Hawking dari black hole

Prinsip-Prinsip Fundamental dari Relativitas

  • Prinsip umum relativitas: Hukum-hukum fisika harus sama untuk setiap pengamat, terlepas dari mereka dipercepat atau tidak.
  • Prinsip kovarian umum: hukum-hukum fisika harus memiliki bentuk yang sama dalam semua sistem koordinat.
  • Gerak Inersia adalah gerak geodesik: Garis dunia dari partikel yang tidak terpengarus oleh gaya-gaya (yaitu gerak inersia) adalah bakal waktu atau null geodesik dari ruang waktu. (ini berarti tangen vektornya negatif atau nol.)
  • Invarian lokal Lorentz: aturan-aturan dari relativitas khusus diaplikasikan secara lokal untuk semua pengamat inersia.
  • Lengkungan ruang-waktu: seperti yang dijelaskan oleh persamaan medan Einstein, lengkungan ruang dan waktu, sebagai responnya terhadap massa, energi, dan momentum menghasilkan pengaruh gravitasional yang dilihat sebagai bentuk gerak inersia.

Prinsip ekuivalensi, di mana Albert Einstein menggunakannya sebagai titik awal untuk relativitas umum, membuktikan konsekuensinya terhadap prinsip-prinsip tersebut.

Relativitas Umum dan Konstanta Kosmologis

Pada 1922, para ilmuwan menemukan bahwa aplikasi dari persamaan medan Einstein pada bidang kosmologi menghasilkan perluasan alam semesta. Einstein percaya bahwa alam semesta itu statis (dan karena itu pemikiran persamaannya menjadi salah), penambahan konstanta kosmologis pada persamaan medan, yang memungkinkan hasil statis.

Edwin Hubble, pada 1929, menemukan bahwa terdapat pergesaranmerah dari bintang-bintang jauh, yang menyiratkan bahwa bintang-bintang itu bergerak terhadap bumi. Alam semesta tampaknya berkembang. Einstein menghilangkan kontanta kosmologis dari persamaannya dan menyebutnya sebagai kesalahan terbesar dalam karirnya.

Pada 1990, ketertarikan pada konstanta kosmologis kembali ada dalam bentuk dark energy. Solusi untuk teori medan kuantum telah menghasilkan sejumlah besar energi dalam ruang hampa kuantum yang berakibat pada percepatan perluasan alam semesta.

Relativitas Umum dan Mekanika Kuantum

Ketika para fisikawan berupaya untuk menerapkan teori medan kuantum pada medan gravitasi, hal-hal menjadi sangat kacau. Pada betuk matematis, kuantitas fisis terjadi penyimpangan, atau hasil yang tak terhingga. Medan gravitasi di bawah relativitas umum memerlukan koreksi angka tak terhingga atau “renormalisasi”, konstanta-kontanta untuk penyesaiannya ke dalam persamaan yang terpecahkan.

Upaya untuk memecahkan “masalah renormalization” terletak di jantung teori kuantum gravitasi. Teori-teori gravitasi kuantum biasanya bekerja mundur, meramalkan sebuah teori dan kemudian mengujinya dan bukan benar-benar mencoba untuk menentukan konstanta yang tak terbatas diperlukan. Ini trik lama dalam fisika, tapi sejauh ini tidak ada teori telah cukup terbukti.

Beberapa Kontrovesi Lainnya

Masalah utama dengan relativitas umum, yang telah sebaliknya sangat sukses, adalah keseluruhan ketidaksesuaian dengan mekanika kuantum. Potongan besar teori fisika ditujukan ke arah mencoba untuk menyamakan dua konsep: pertama yang memprediksi fenomena makroskopik melintasi ruang dan kedua yang memprediksi fenomena mikroskopik, sering kali dalam ruang yang lebih kecil daripada sebuah atom.

Selain itu, ada beberapa kekawatiran Einstein yang sangat diperhatikan terhadap ruang-waktu. Apa itu ruang-waktu? Apakah hal tesebut ada secara fisik? Beberapa telah memperkirakan “busa kuantum” yang menyebar ke seluruh alam semesta. Usaha baru pada teori string (dan pada teori anakannya) menggunakan ini atau penggambaran kuantum lain dari ruang-waktu. Sebuah artikel dari majalah New Scientist meperkirakan bahwa ruang-waktu mungkin adalah sebuah superfluida kuantum dan bahwa seluruh alam semesta dapat berputas pada sumbu.

Beberapa orang telah menunjukkan bahwa jika ruang-waktu sebagai substansi fisik, itu akan bertindak sebagai kerangka acuan universal, seperti eter. Penganut Anti-relativitas sangat gembira mendengar ini, sementara yang lain melihatnya sebagai upaya non ilmiah untuk mendiskreditkan Enstein dengan membangkitkan sebuah konsep abad-mati.

Isu-isu tertentu dengan singularitas black hole, di mana lengkung ruang-waktu mendekati pada tak terhingga, juga telah menimbulkan keraguan apakah relativitas umum secara akurat dapat menggambarkan alam semesta. Sangat sulit untuk diketahui secara pasti, bagaimanapun juga, selama black hole hanya dapat dipelajari seperti saat ini.

Sampai ia berdiri sekarang, relativitas umum adalah teori yang sangat sukses tetapi sangat sulit dibayangkan dan akan merugikan banyak orang karena ketidakkonsistennya dan kontroversi sampai mucul fenomena yang sangat bertentangan dengan prediksi dari teori.

Kutipan Mengenai Relativitas

“Spacetime grips mass, telling it how to move, and mass grips spacetime, telling it how to curve” — John Archibald Wheeler.

“The theory appeared to me then, and still does, the greatest feat of human thinking about nature, the most amazing combination of philosophical penetration, physical intuition, and mathematical skill. But its connections with experience were slender. It appealed to me like a great work of art, to be enjoyed and admired from a distance.” — Max Born

berbagai sumber

Views All Time
Views All Time
1342
Views Today
Views Today
1
About Edy Methek 211 Articles
sampaikanlah ... ayat-ayat Allah

2 Comments on TERAPAN teori EINSTEIN di kehidupan NYATA ———– Teori relativitas khusus menyatukan ruang dan waktu menjadi ruang-waktu. Teori ini menyatakan adanya pemuluran waktu sehingga waktu dinyatakan sebagai dimensi keempat yang memiliki arah yang bergantung terhadap kecepatan pengamat. ———– Teori relativitas umum menyuguhkan konsep baru tentang gravitasi yang menyatukan antara gravitasi dan relativitas yakni konsep gravitasi Einstein. Konsep gravitasi umum menyatakan bahwa ruang-waktu bukan datar, melainkan melengkung dan terdistorsi oleh massa dan energy di dalamnya. ————–

  1. Prinsip-Prinsip Fundamental dari Relativitas

    Prinsip umum relativitas: Hukum-hukum fisika harus sama untuk setiap pengamat, terlepas dari mereka dipercepat atau tidak.
    Prinsip kovarian umum: hukum-hukum fisika harus memiliki bentuk yang sama dalam semua sistem koordinat.
    Gerak Inersia adalah gerak geodesik: Garis dunia dari partikel yang tidak terpengarus oleh gaya-gaya (yaitu gerak inersia) adalah bakal waktu atau null geodesik dari ruang waktu. (ini berarti tangen vektornya negatif atau nol.)
    Invarian lokal Lorentz: aturan-aturan dari relativitas khusus diaplikasikan secara lokal untuk semua pengamat inersia.
    Lengkungan ruang-waktu: seperti yang dijelaskan oleh persamaan medan Einstein, lengkungan ruang dan waktu, sebagai responnya terhadap massa, energi, dan momentum menghasilkan pengaruh gravitasional yang dilihat sebagai bentuk gerak inersia.

  2. Relativitas khusus menghasilkan beberapa konsekuensi dari penggunaan Transformasi Lorentz pada kecepatan tinggi (mendekati kecepatan cahaya). Diantaranya adalah :

    Dilatasi waktu (termasuk “paradok kembar” yang terkenal)
    Konstraksi panjang
    Transformasi kecepatan
    Efek doppler relativistk Simultanitas dan sinkronisasi waktu
    Momentum relativistik
    Energi kinetik relativistik
    Massa relativistik
    Energi total relativistik

Leave a Reply