Perjalanan Waktu dan Teori Relativitas Einstein

Ilustrasi dilasi waktu. Kredit: Red Orbit

Info Astronomy - Anda pasti pernah menonton film Back to the Future, Looper, Star Trek, atau yang terbaru Interstellar, di mana Anda akan melihat adegan perjalanan waktu. Apakah mesin waktu itu mungkin? Bagaimana bisa terjadi? Semua ini berawal dari teori relativitas yang dikemukakan oleh Albert Einstein.

Teori Relativitas

Teori relativitas adalah teori yang dikemukakan Albert Einstein yang terbagi atas 2 teori, yaitu relativitas umum dan relativitas khusus.

Relativitas khusus terdiri dari dua postulat: I. Hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu sama lain.

Dan II. Cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat, tidak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat.

Apa maksud dari kedua postulat tersebut?
Coba Anda tanyakan pada diri sendiri bagaimana Anda menentukan apakah suatu objek bergerak atau tidak? Tentu karena anda melihat objek tertentu berpindah dari satu titik ke titik yang lain.

Sekarang coba Anda bayangkan jika di dunia ini hanya ada dua objek. Tidak ada lantai, dinding, langit, dan objek lainnya. Apakah Anda dapat menentukan objek mana yang bergerak dan objek mana yang diam? 

Jawabannya adalah tidak karena Anda tidak memiliki pedoman titik posisi objek tersebut.

Sekarang Anda coba bayangkan seandainya Anda memiliki saudara kembar. Anda di dalam pesawat dan saudara kembar Anda ada di permukaan Bumi.

Dari sudut pandang Anda, pesawatnya diam di satu tempat dan permukaan Bumi yang bergerak. Sedangkan dari sudut pandang saudara kembar Anda permukaan Bumi tetap diam dan pesawat dengan Anda di dalamnya yang bergerak.

Dan jika misalnya saudara kembar Anda berpindah ke Matahari, Bumi dan pesawat Anda yang terlihat bergerak (Ingat kalau Bumi itu berevolusi mengelilingi Matahari).

Kesimpulan dari contoh tersebut adalah kita tidak dapat mengetahui objek mana yang bergerak dan objek mana yang diam karena pernyataan tersebut berbeda-beda tergantung sudut pandang pengamat di mana pengamat selalu diam dan alam di sekitar yang bergerak mengelilinginya. Inilah pengertian dari postulat I.

Postulat II menyatakan bahwa di alam semesta ini hanya ada satu benda yang bergerak dengan kecepatan yang selalu sama. Benda tersebut adalah cahaya dengan kecepatan 300.000.000 meter per detik.

Coba Anda bayangkan lagi di antara pesawat Anda dan permukaan Bumi ada sebuah cermin yang selalu mengikuti kemanapun pesawat Anda pergi.

Jika Anda menembakkan laser ke arah cermin dan dipantulkan kembali ke pesawat, dari sudut pandang Anda laser tersebut terlihat bergerak lurus ke bawah ke arah cermin dan lurus kembali ke atas menuju pesawat.

Tetapi dari sudut pandang saudara kembar Anda laser tersebut tidak terlihat tegak lurus namun membentuk “V” karena saat pesawat menembak dan menerima kembali lasernya pesawat tersebut berada di dua posisi berbeda.

Disini letak keunikannya. Laser yang bergerak membentuk huruf “V” memiliki jalur yang lebih panjang dibanding laser yang bergerak tegak lurus.

Sebelumnya sudah dijelaskan bahwa kecepatan cahaya selalu sama. Berarti dari sudut pandang saudara kembar Anda laser tersebut membutuhkan waktu lebih lama untuk kembali ke pesawat dibandingkan sudut pandang Anda.

Dan jika Anda dan saudara kembar Anda sama-sama menggunakan jam untuk mengukur waktu perjalanan laser tersebut, jam anda akan menunjukkan waktu yang lebih singkat daripada jam saudara kembar Anda.

Artinya jam anda bergerak lebih lambat dari sudut pandang saudara kembar Anda. Dari sudut pandang anda kecepatan jam tetap sama. Perbedaan ini disebut dengan Time Dilation atau Dilasi Waktu.

Paradoks Kembar

Jika kecepatan pesawat semakin mendekati kecepatan cahaya, waktu di dalam pesawat akan berjalan semakin lambat.

Namun, Anda tidak akan merasakan hal itu karena selain waktu seluruh benda termasuk anda juga bergerak semakin lambat sehingga bagi Anda semuanya terlihat normal.

Dan lebih uniknya lagi, karena dari sudut pandang Anda Bumi dan sekitarnya yang bergerak, berarti jam saudara kembar anda akan terlihat lebih lambat dibanding jam Anda.

Jika kedua waktu pengamat sama-sama melambat, lalu waktu siapa yang sebenarnya berjalan lebih lambat? Inilah yang disebut dengan Twin Paradox atau Paradoks Kembar.

Penjelasan di atas sebelumnya hanya berlaku jika pesawat tersebut bergerak dengan kecepatan tetap. Namun jika pesawat mengubah kecepatan lain lagi ceritanya.

Jika Anda yang di dalam pesawat mempercepat kecepatan pesawat Anda, Anda akan terlempar ke belakang.

Dari sudut pandang Anda pesawat tetap diam, namun Bumi dan sekitarnya yang bergerak semakin cepat. Dari sudut pandang Anda juga hal ini bisa terjadi karena adanya medan gravitasi yang menyebabkan Bumi dan sekitarnya bergerak semakin cepat.

Tenaga yang ditembakkan roket saat Anda mempercepat laju pesawat berfungsi untuk menyeimbangkan posisi pesawat dari dorongan gravitasi agar pesawat tetap diam.

Medan gravitasi ini juga menyebabkan waktu berjalan lebih cepat di Bumi. Lalu apa hubungannya dengan twin paradox?

Anda yang mempercepat laju pesawat Anda saat memutar balik ke Bumi inilah yang mengakibatkan waktu di Bumi berjalan semakin cepat sehingga saat anda tiba di Bumi saudara Anda menjadi lebih tua daripada Anda. Persis seperti ilustrasi di atas.

Relativitas Umum

Sekarang akan dijelaskan mengenai teori relativitas Einstein yang kedua, yaitu relativitas umum. Pada tahun 1687, Isaac Newton menjelaskan adanya gaya gravitasi.

Namun, beliau tidak pernah tahu apa penyebab gaya gravitasi. Kemudian di tahun 1916 Einstein mempublikasikan teori relativitas umumnya yang menjelaskan bahwa gravitasi bukanlah gaya tarik menarik antar dua atau lebih objek yang bermassa.

Melainkan gravitasi adalah akibat dari kelengkungan yang dibentuk oleh massa objek terhadap ruang dan waktu atau disebut juga dengan ruang-waktu.

Apa itu ruang-waktu? Selama ini kita hanya mengenal 3 dimensi. Yaitu maju mundur, kiri kanan, dan atas bawah. Tetapi sebenarnya masih ada dimensi ke-4, yaitu waktu. Ya, waktu adalah bagian dari dimensi.

Contohnya, jika Anda ingin bertemu rekan Anda di suatu tempat pada waktu pukul sekian, Anda telah melewati 3 dimensi yaitu bergerak maju atau mundur, belok ke kiri atau ke kanan, naik ke atas atau turun ke bawah dan anda juga telah melewati dimensi waktu yaitu waktu pukul sekian. Jika anda tidak melewati dimensi waktu tersebut anda tidak akan menemui rekan anda.