TEORI RELATIVITAS
Liputan6.com, Jakarta - Relativitas adalah salah satu teori ilmiah
paling terkenal dari Abad ke-20. Namun, hanya sedikit dari kita yang memahami
dan menyadari bahwa penjelasannya terpampang nyata dalam kehidupan sehari-hari.
Teori Relativitas adalah buah pikiran manusia cerdas, ilmuwan Fisika teoretis jenius, Albert Einstein pada tahun 1905. Pada prinsipnya merupakan gagasan bahwa hukum fisika adalah sama di mana pun.
Teori Relativitas adalah buah pikiran manusia cerdas, ilmuwan Fisika teoretis jenius, Albert Einstein pada tahun 1905. Pada prinsipnya merupakan gagasan bahwa hukum fisika adalah sama di mana pun.
Hukum fisika yang berlaku di Bumi, berlaku juga di
seluruh jagat raya.
Teori tersebut juga menjelaskan perilaku objek dalam ruang dan waktu, yang juga bisa digunakan untuk memprediksi banyak hal -- dari eksistensi lubang hitam (black hole), melengkungnya cahaya oleh pengaruh gravitasi, hingga sifat Planet Merkurius pada orbitnya.
Teori tersebut bisa dipahami secara sederhana. Meski sejatinya sangat rumit dan bikin mumet. Pemahaman pertama, bahwa tidak ada kerangka acuan 'mutlak'. Setiap saat ketika kita mengukur kecepatan, momentum, atau pengalaman terhadap waktu sebuah objek, itu selalu dalam kaitannya dengan sesuatu yang lain.
Kedua, cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat, tidak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat. Yang ketiga, bahwa tak ada yang melampaui kecepatan cahaya.
Implikasi dari teori tersebut sangat besar. Jika kecepatan cahaya selalu sama, 300.000.000 m/detik, itu berarti pesawat yang membawa astronot bergerak sangat cepat relatif terhadap Bumi. Dari sudut pandang pengamat di Bumi, waktu astronot melambat. Sebuah fenomena yang disebut 'dilatasi waktu'.
Juga akan terjadi 'kontraksi panjang' di mana pesawat yang membawa para penjelajah angkasa terlihat seperti memanjang bagi para pengamat di Bumi. Sementara, bagi astronot yang ada di dalamnya, semua berjalan normal. Tak ada yang berbeda.
Tak perlu jauh-jauh ke luar orbit Bumi atau membuat pesawat yang bisa melaju dengan kecepatan nyaris menyamai kecepatan cahaya untukl melihat efek relativitas. Nyatanya sejumlah instrumen yang bisa kita lihat dalam kehidupan sehari-hari membuktikan teori Einstein benar adanya.
1. Global Positioning System (GPS)
Agar navigasi GPS dalam mobil berfungsi secara akurat, satelit -- yang menjadi pusat informasinya -- harus menggunakan relativitas dalam kerjanya.
Sebab, meski tak bergerak secepat kecepatan cahaya, namun satelit bergerak sangat cepat. Satelit juga mengirimkan sinyal ke stasiun Bumi. Stasiun-stasiun tersebut -- juga GPS dalam mobil Anda -- mengalami percepatan yang lebih tinggi akibat pengaruh gravitasi dari satelit di orbit.
Agar akurat, satelit menggunakan jam dengan akurasi hingga beberapa miliar detik (nanodetik). Karena satelit mengorbit pada ketinggian 12.600 mil atau 20.300 km di atas Bumi dan bergerak dengan kecepatan 6.000 mil/jam atau 10 ribu km/jam maka akan terjadi dilatasi waktu relatif sekitar 4 mikrodetik per hari. Ditambah efek gravitasi, dilatasi bisa bertambah sekitar 7 mikrodetik atau 7000 nanodetik.
Meski terlihat sepele, perbedaannya sangat nyata. Seandainya tak ada efek relativistik, informasi GPS yang menyebut jarak ke SPBU atau tempat pengisian BBM adalah 0,8 km. Pada hari berikutnya, di titik yang sama, GPS akan menyebut jaraknya menjadi 5 mil atau 8 km.
Teori tersebut juga menjelaskan perilaku objek dalam ruang dan waktu, yang juga bisa digunakan untuk memprediksi banyak hal -- dari eksistensi lubang hitam (black hole), melengkungnya cahaya oleh pengaruh gravitasi, hingga sifat Planet Merkurius pada orbitnya.
Teori tersebut bisa dipahami secara sederhana. Meski sejatinya sangat rumit dan bikin mumet. Pemahaman pertama, bahwa tidak ada kerangka acuan 'mutlak'. Setiap saat ketika kita mengukur kecepatan, momentum, atau pengalaman terhadap waktu sebuah objek, itu selalu dalam kaitannya dengan sesuatu yang lain.
Kedua, cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat, tidak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat. Yang ketiga, bahwa tak ada yang melampaui kecepatan cahaya.
Implikasi dari teori tersebut sangat besar. Jika kecepatan cahaya selalu sama, 300.000.000 m/detik, itu berarti pesawat yang membawa astronot bergerak sangat cepat relatif terhadap Bumi. Dari sudut pandang pengamat di Bumi, waktu astronot melambat. Sebuah fenomena yang disebut 'dilatasi waktu'.
Juga akan terjadi 'kontraksi panjang' di mana pesawat yang membawa para penjelajah angkasa terlihat seperti memanjang bagi para pengamat di Bumi. Sementara, bagi astronot yang ada di dalamnya, semua berjalan normal. Tak ada yang berbeda.
Tak perlu jauh-jauh ke luar orbit Bumi atau membuat pesawat yang bisa melaju dengan kecepatan nyaris menyamai kecepatan cahaya untukl melihat efek relativitas. Nyatanya sejumlah instrumen yang bisa kita lihat dalam kehidupan sehari-hari membuktikan teori Einstein benar adanya.
1. Global Positioning System (GPS)
Agar navigasi GPS dalam mobil berfungsi secara akurat, satelit -- yang menjadi pusat informasinya -- harus menggunakan relativitas dalam kerjanya.
Sebab, meski tak bergerak secepat kecepatan cahaya, namun satelit bergerak sangat cepat. Satelit juga mengirimkan sinyal ke stasiun Bumi. Stasiun-stasiun tersebut -- juga GPS dalam mobil Anda -- mengalami percepatan yang lebih tinggi akibat pengaruh gravitasi dari satelit di orbit.
Agar akurat, satelit menggunakan jam dengan akurasi hingga beberapa miliar detik (nanodetik). Karena satelit mengorbit pada ketinggian 12.600 mil atau 20.300 km di atas Bumi dan bergerak dengan kecepatan 6.000 mil/jam atau 10 ribu km/jam maka akan terjadi dilatasi waktu relatif sekitar 4 mikrodetik per hari. Ditambah efek gravitasi, dilatasi bisa bertambah sekitar 7 mikrodetik atau 7000 nanodetik.
Meski terlihat sepele, perbedaannya sangat nyata. Seandainya tak ada efek relativistik, informasi GPS yang menyebut jarak ke SPBU atau tempat pengisian BBM adalah 0,8 km. Pada hari berikutnya, di titik yang sama, GPS akan menyebut jaraknya menjadi 5 mil atau 8 km.
2. Elektromagnet
Magnet adalah efek relativistik. Dan kerja generator yang menghasilkan listrik adalah bukti nyata dari Teori Relativitas.
Kumparan kawat yang bergerak pada medan magnet bisa menghasilkan arus listrik. Partikel bermuatan dalam kawat dipengaruhi perubahan medan magnet -- yang memaksanya bergerak dan menghasilkan arus listrik.
Namun, saat kawat diam pada medan magnet, ternyata arus listrik masih timbul, bukan sebaliknya. Itu membuktikan tak ada kerangka acuan yang 'mutlak'.
Thomas Moore, dosen Fisika dari Pomona College di Claremont, California menggunakan prinsip relativitas untuk mendemonstrasikan Hukum Faraday, yang menyebut bahwa medan magnet yang berubah menimbulkan arus listrik, adalah benar.
"Karena itu adalah prinsip dasar trafo dan generator listrik, siapapun yang menggunakan listrik akan mengalami efek relativitas," kata dia.
Magnet adalah efek relativistik. Dan kerja generator yang menghasilkan listrik adalah bukti nyata dari Teori Relativitas.
Kumparan kawat yang bergerak pada medan magnet bisa menghasilkan arus listrik. Partikel bermuatan dalam kawat dipengaruhi perubahan medan magnet -- yang memaksanya bergerak dan menghasilkan arus listrik.
Namun, saat kawat diam pada medan magnet, ternyata arus listrik masih timbul, bukan sebaliknya. Itu membuktikan tak ada kerangka acuan yang 'mutlak'.
Thomas Moore, dosen Fisika dari Pomona College di Claremont, California menggunakan prinsip relativitas untuk mendemonstrasikan Hukum Faraday, yang menyebut bahwa medan magnet yang berubah menimbulkan arus listrik, adalah benar.
"Karena itu adalah prinsip dasar trafo dan generator listrik, siapapun yang menggunakan listrik akan mengalami efek relativitas," kata dia.
3. Warna Kuning Emas
Kebanyakan logam mengkilap karena elektron-elektron pada atomnya melompat dari tingkat energi atau 'orbital' yang berbeda.
Sejumlah partikel cahaya atau foton yang mengenai logam akan terserap dan dipancarkan kembali dengan gelombang yang lebih panjang.
Emas memiliki atom yang berat. Jadi, elektronnya bergerak cukup cepat dan membuat peningkatan massa relativistik yang signifikan. Sehingga, elektron berputar di sekitar inti atom atau nukleus dengan jalur yang lebih pendek, namun dengan momentum yang lebih besar.
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 yang lebih panjang berarti, sejumlah cahaya yang terlihat --yang biasanya hanya terefleksi -- juga terserap di ujung spektrum biru.
Cahaya putih adalah percampuran semua warna pembentuk pelangi. Namun, dalam kasus emas, saat cahaya terserap dan terpancar kembali dengan gelombang cahaya yang biasanya lebih panjang. Itu berarti percampuran cahaya yang kita lihat memiliki warna biru dan ungu yang kurang.
Kebanyakan logam mengkilap karena elektron-elektron pada atomnya melompat dari tingkat energi atau 'orbital' yang berbeda.
Sejumlah partikel cahaya atau foton yang mengenai logam akan terserap dan dipancarkan kembali dengan gelombang yang lebih panjang.
Emas memiliki atom yang berat. Jadi, elektronnya bergerak cukup cepat dan membuat peningkatan massa relativistik yang signifikan. Sehingga, elektron berputar di sekitar inti atom atau nukleus dengan jalur yang lebih pendek, namun dengan momentum yang lebih besar.
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 yang lebih panjang berarti, sejumlah cahaya yang terlihat --yang biasanya hanya terefleksi -- juga terserap di ujung spektrum biru.
Cahaya putih adalah percampuran semua warna pembentuk pelangi. Namun, dalam kasus emas, saat cahaya terserap dan terpancar kembali dengan gelombang cahaya yang biasanya lebih panjang. Itu berarti percampuran cahaya yang kita lihat memiliki warna biru dan ungu yang kurang.
Itu yang membuat emas berwarna kuning sebab kuning,
oranye, dan merah memiliki gelombang lebih panjang dari biru.
4. Emas tak gampang berkarat
Efek relativistik pada elektron emas adalah salah satu alasan mengapa logam itu tak berkarat dan tidak gampang bereaksi terhadap segala sesuatu.
Emas hanya memiliki 1 elektron di kulit terluarnya, namun tak sereaktif kalsium atau lithium. Sebaliknya, elektron pada emas lebih 'berat' dari yang seharusnya dan lebih dekat dengan inti atomnya.
Efek relativistik pada elektron emas adalah salah satu alasan mengapa logam itu tak berkarat dan tidak gampang bereaksi terhadap segala sesuatu.
Emas hanya memiliki 1 elektron di kulit terluarnya, namun tak sereaktif kalsium atau lithium. Sebaliknya, elektron pada emas lebih 'berat' dari yang seharusnya dan lebih dekat dengan inti atomnya.
5. Merkuri atau raksa berbentuk cair
Meski berstatus sebagai 'logam', merkuri atau raksa berbentuk cairan. Unsur kimia yang memiliki simbol Hg itu juga punya atom yang berat -- seperti halnya emas, dengan elektron yang berada dekat inti atau nucleus karena penambahan kecepatan dan massa.
Pada merkuri, ikatan antar atomnya sangat lemah, sehingga zat tersebut gampang meleleh pada temperatur yang lebih rendah. Kita biasanya melihatnya sebagai cairan.
Meski berstatus sebagai 'logam', merkuri atau raksa berbentuk cairan. Unsur kimia yang memiliki simbol Hg itu juga punya atom yang berat -- seperti halnya emas, dengan elektron yang berada dekat inti atau nucleus karena penambahan kecepatan dan massa.
Pada merkuri, ikatan antar atomnya sangat lemah, sehingga zat tersebut gampang meleleh pada temperatur yang lebih rendah. Kita biasanya melihatnya sebagai cairan.
6. TV jadul
Beberapa tahun lalu, kebanyakan televisi dan monitor memiliki layar tabung sinar katoda -- yang bekerja dengan cara menempakkan elektron pada permukaan fosfor dengan magnet besar.
Masing-masing elektron menyalakan pixel saat mengenai belakang layar dan memunculkan gambar bergerak hingga 30 persen kecepatan cahaya. Dalam kasus tersebut, efek relativistik terlihat jelas adanya.
Beberapa tahun lalu, kebanyakan televisi dan monitor memiliki layar tabung sinar katoda -- yang bekerja dengan cara menempakkan elektron pada permukaan fosfor dengan magnet besar.
Masing-masing elektron menyalakan pixel saat mengenai belakang layar dan memunculkan gambar bergerak hingga 30 persen kecepatan cahaya. Dalam kasus tersebut, efek relativistik terlihat jelas adanya.
7. Cahaya
Jika teori Isaac Newton benar, maka niscaya penjelasan tentang cahaya yang kita miliki akan berbeda sama sekali.
"Tak hanya magnetik, cahaya pun tak akan ada. Sementara relativitas mengharuskan adanya perubahan medan elektromagnetis pada kecepatan yang terbatas, bukan seketika," kata Moore.
Jika persyaratan itu tak ada, perubahan pada medan listrik akan terjadi seketika, bukan melalui gelombang elektromagnetik -- di mana manetik dan cahaya tak akan diperlukan.
Jika teori Isaac Newton benar, maka niscaya penjelasan tentang cahaya yang kita miliki akan berbeda sama sekali.
"Tak hanya magnetik, cahaya pun tak akan ada. Sementara relativitas mengharuskan adanya perubahan medan elektromagnetis pada kecepatan yang terbatas, bukan seketika," kata Moore.
Jika persyaratan itu tak ada, perubahan pada medan listrik akan terjadi seketika, bukan melalui gelombang elektromagnetik -- di mana manetik dan cahaya tak akan diperlukan.
8. Pembangkit Tenaga Nuklir dan Supernova
Relativitas adalah salah satu alasan di mana massa dan energi bisa dikonversi menjadi satu sama lain -- yang menjelaskan bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) beroperasi, juga mengapa Matahari menyinari siang. Efek lain yang tak kalah penting adalah ledakan supernova: sinyal kematian sebuah bintang.
"Supernova ada karena efek relativistik melampaui efek kuantum dalam inti bintang yang besar, yang memungkinkan bintang itu meledak secara tiba-tiba dan menjadi bintang neutron yang jauh lebih kecil dan lebih keras," kata Moore.
Saat supernova, lapisan luar bintang merangsek masuk ke inti dan memicu ledakan raksasa yang menciptakan elemen yang lebih berat dari besi.
Jika tak ada relativitas, bintang-bintang raksasa yang menua tak akan meledak dan menjadi katai putih (white dwarf).
Katai putih dianggap sebagai titik akhir dari evolusi suatu bintang dan merupakan inti bintang di mana reaksi fusi berlangsung. Atau dengan kata lain, bentuk akhir bintang setelah terbakar habis alias mati. (Ein/Riz)
Relativitas adalah salah satu alasan di mana massa dan energi bisa dikonversi menjadi satu sama lain -- yang menjelaskan bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) beroperasi, juga mengapa Matahari menyinari siang. Efek lain yang tak kalah penting adalah ledakan supernova: sinyal kematian sebuah bintang.
"Supernova ada karena efek relativistik melampaui efek kuantum dalam inti bintang yang besar, yang memungkinkan bintang itu meledak secara tiba-tiba dan menjadi bintang neutron yang jauh lebih kecil dan lebih keras," kata Moore.
Saat supernova, lapisan luar bintang merangsek masuk ke inti dan memicu ledakan raksasa yang menciptakan elemen yang lebih berat dari besi.
Jika tak ada relativitas, bintang-bintang raksasa yang menua tak akan meledak dan menjadi katai putih (white dwarf).
Katai putih dianggap sebagai titik akhir dari evolusi suatu bintang dan merupakan inti bintang di mana reaksi fusi berlangsung. Atau dengan kata lain, bentuk akhir bintang setelah terbakar habis alias mati. (Ein/Riz)
Komentar
Posting Komentar