HARI INI 1915: Einstein Publikasikan Teori Relativitas Umum

Albert Einstein. Kredit: Getty Images

Info Astronomy - Hari ini tepat 100 tahun yang lalu, Albert Einstein menyampaikan sebagai satu seri pengajaran di hadapan "Prussian Academy of Science" tentang teori Relativitas Umum. Teori relativitas merupakan hasil pemikiran Albert Einstein yang merevisi pandangan fisika terhadap teori gravitasi.

Kita mungkin mengenal Einstein dengan berbagai hal menarik, namun teori relativitas sepertinya menjadi pemikiran yang paling menarik dari Einstein. Tanpa relativitas, bisa jadi dunia fisika memandang ruang dan waktu dalam perspektif berbeda.

Teori relativitas merupakan hukum fisika yang sejauh ini bersifat universal. Dengan teori relativitas, cahaya dan gravitasi di Bumi menjadi dapat dipahami dan kita bisa memperkirakan seperti apa keduanya berperilaku di hampir seluruh ruang alam semesta. Teori relativitas berhasil mengubah landasan teori dari fisika dan astronomi sepanjang abad ke 20. Keberadaan teori relativitas mampu mengakhiri era 200 tahun teori mekanika yang pertama kali diciptakan oleh Isaac Newton.

Di bidang fisika, relativitas berhasil memberi pemahaman terhadap partikel dan interaksi fundamental, yang membuat kita memasuki era nuklir. Selain itu, relativitas juga membuat dunia astronomi mampu memprediksi keberadaan berbagai fenomena astronomis yang mengagumkan seperti bintang neutron, lubang hitam, dan gelombang gravitasi.

Teori Relativitas Khusus

Ilustrasi teori relativitas khusus. Kredit: BGLC

Teori relativitas dari Einstein dibagi menjadi relativitas khusus dan umum. Relativitas khusus muncul pertama kali dan membahas tentang kecepatan cahaya yang bersifat konstan bagi setiap orang. Teori ini terlihat sederhana, namun ternyata menimbulkan konsekuensi yang mendalam.

Einstein menyimpulkan teori ini pada 1905 setelah munculnya bukti eksperimental yang menunjukkan bahwa kecepatan cahaya tidak berubah saat Bumi mengitari Matahari. Hasil ini cukup mengejutkan Saat itu, dunia fisika masih menganggap kecepatan bagi hampir seluruh objek bergantung pada arah yang diamati pengamat. Jika kita mengendarai mobil di sebelah jalur kereta api, kita akan menyadari bahwa kereta akan bergerak jauh lebih cepat jika mobil bergerak berlawanan dibanding jika mobil bergerak searah dengan kereta api.

Menurut Einstein, setiap pengamat akan mengukur kecepatan cahaya pada 299.792.458 m/s terlepas dari seberapa cepat pengamat bergerak atau kemana arah gerak pengamat. Namun muncul pertanyaan, jika kita berada pada pesawat luar angkasa yang bergerak pada kecepatan cahaya, dan kita menyalakan lampu, apa yang akan terjadi?

Beberapa ahli fisika menjawab bahwa lampu akan tetap menyala seperti biasa, tapi hanya dari sudut pandang kita yang berada di dalam pesawat. Jika seseorang di luar mengamati bagaimana pesawat tersebut bergerak, lampu tersebut tidak akan menyala. Butuh waktu yang sangat lama sampai lampu tersebut tampak menyala bagi mereka yang berada diluar pesawat. Namun jawaban ini menimbulkan kontroversi. Jika kecepatan cahaya dianggap konstan seperti yang disampaikan Einstein, berarti ruang dan waktu tidak bersifat mutlak. Keduanya mesti bersifat relatif.

Pada kasus lainnya, terdapat pesawat luar angkasa raksasa dengan kecepatan 99,99% kecepatan cahaya. Pesawat akan hanya terlihat kecil sekali bagi pengamat di luar pesawat, sementara pesawat akan tetap terlihat sesuai ukuran normal bagi mereka yang berada di dalam pesawat.

Selain itu, teori relativitas dapat membuat waktu melambat saat suatu objek bergerak semakin cepat. Jika sepasang kembar dipisahkan, di mana salah seorang menjelajah menggunakan pesawat luar angkasa dan kemudian kembali lagi ke Bumi, ia akan menjadi lebih muda dibanding saudaranya yang tetap di Bumi.

Selain ruang dan waktu, massa juga akan berubah. Semakin cepat suatu objek bergerak, semakin berat massa suatu objek. Faktanya, tidak ada objek pesawat luar angkasa yang dapat mencapai 100 persen dari kecepatan cahaya. Jika hal ini terjadi, maka massa pesawat tersebut akan melonjak menjadi menuju tak hingga.

Hubungan antara massa dan kecepatan seringkali ditampilkan dalam rumus terkenal yaitu E=mc², di mana E merupakan energi, m adalah massa, dan c adalah kecepatan cahaya.

Teori Relativitas Umum

Ilustrasi relativitas umum. Kredit: Cosmos Up

Saat menyampaikan teori relativitas khusus, Einstein belum sepenuhnya memahami hubungan antara ruang dan waktu. Ia berusaha menggeneralisasi teorinya dengan melibatkan percepatan dan menemukan bahwa fenomena tersebut dapat mengganggu bentuk dari ruang dan waktu.

Dengan segenap usaha, Einstein berusaha mengembangkan persamaan matematika kompleks untuk menjawab masalah ini. Butuh waktu sekitar 10 tahun untuk menyelesaikannya. Einstein menemukan bahwa ruang dan waktu akan melengkung pada sebuah objek raksasa, dan lengkungan tersebut merupakan sesuatu yang kini kita kenal sebagai gaya gravitasi.

Sulit untuk menggambarkan bagaimana geometri lengkungan dari relativitas umum, tapi kita dapat membayangkannya sebagai sebuah kain yang terbentang dengan beberapa benda ringan. Jika terdapat benda berat yang diletakkan pada kain tersebut, maka kain akan menjadi melengkung dan membuat objek yang berada disekitarnya tidak lagi bergerak pada lintasan lurus.

Persamaan relativitas umum ini berhasil memprediksi sejumlah fenomena, dimana beberapa diantaranya telah terbukti, seperti:
- Pembengkokan cahaya pada sebuah objek raksasa.
- Evolusi dari orbit planet Merkurius.
- Percepatan periode rotasi dari bintang biner dan pulsar.
- Gelombang gravitasi yang disebabkan ledakan kosmik.
- Keberadaan lubang hitam yang dapat menarik segala sesuatu tanpa bisa keluar, termasuk cahaya.
- Pembengkokan ruang-waktu disekitar lubang hitam yang jauh lebih besar dibanding lokasi manapun.

Menurut Einstein, kedua teori relativitas ini merupakan sebuah teori dasar. Teori ini dikembangkan melalui metode analitis. Itu berarti bahwa setiap elemen yang bekerja menurut teori ini bukanlah sesuatu yang bersifat hipotesis, melainkan berdasarkan temuan empiris. Model matematis yang dikembangkan adalah sesuatu yang terpisah dengan proses natural yang terjadi. Oleh karena itu, terdapat persyaratan kondisional yang mesti dipenuhi agar teori ini dapat disimpulkan.

Dalam penerapannya, teori relativitas kini digunakan pada perangkat elektronik modern seperti Global Positioning System (GPS). Cara kerja GPS membuat perangkat sering mengalami efek relativitas. Seluruh efek relativitas ini perlu disesuaikan sehingga GPS dapat bekerja secara presisi. Jam yang digunakan pada sistem GPS juga perlu untuk disesuaikan. Dengan kata lain, hasil akurat dari sistem GPS mampu dicapai setelah perancangan sistem ini melibatkan konsep teori relativitas.

Meski teori relativitas dianggap hasil pemikiran Einstein, teori ini juga tidak terlepas dari peran para ilmuwan lainnya. Beberapa menganggap teori ini mestinya tidak hanya disematkan pada Einstein seorang, ada ilmuwan lainnya yang berhak mendapat pengakuan seperti Max Planck dan Hermann Minkowski.

Terlepas dari anggapan tersebut, cara pandang yang unik dan kerja keras untuk menjawab masalah yang terlihat sepele bagi kebanyakan orang membuat Einstein layak mendapatkan penghargaan sebagai penemu teori relativitas.