Ketika awal tahun 1905, Albert Einstein hanyalah seorang pegawai berumur 25 tahun yang tidak terkenal di suatu kantor di Negara Switzerland. Menjelang akhir tahun 1905 yang mengagumkan tersebut, dia telah mempublikasikan tiga jurnal ilmiah yang sangat luar biasa pentingnya dan menjadi fondasi utama untuk mata kuliah fisika pada saat ini. Salah satu diantaranya adalah sebuah analisis gerak Brown, yang kedua (untuk ini Einstein menerima hadiah Nobel) adalah mengenai Efek Fotolistrik. Dalam jurnal ilmiah yang ketiga, Einstein memperkenalkan Teori Relativitas Khusus (special theory of relativity), mengusulkan perombakan drastic dalam konsep Newton mengenai ruang dan waktu.
Teori Relativitas Khusus itu telah membuat perubahan yang sangat luas dalam pemahaman kita mengenai alam, tetapi Einstein mendasarkan teorinya pada dua dalil yang sederhana saja. Satu dalil menyatakan bahwa hukum-hukum fisika adalah sama dalam satu kerangka acuan inersia; dalil yang lainnya menyatakan bahwa laju cahaya dalam ruang hampa adalah sama dalam semua kerangka inersia. Usulan-usulan yang bunyinya tidak memerlukan pemikiran lama ini mempunyai implikasi yang sangat jauh. Tiga diantaranya di berikan di sini : (1) Peristiwa-peristiwa yang terjadi serempak untuk seorang pengamat mungkin tidak terjadi serempak untuk pengamat lain. (2) Bila dua pengamat yang bergerak relative satu terhadap yang lain mengukur sebuah interval waktu atau sebuah panjang, kedua pengamat itu mungkin tidak akan mendapatkan hasil yang sama. (3) Supaya prinsip kekekalan momentum dan energy berlaku dalam semua system inersia maka hukum kedua Newton dan persamaan untuk momentum dan energy harus di revisi.
Relativitas mempunyai konsekuensi penting dalam semua bidang fisika, termasuk termodinamika, elektromagnetisme, optika, fisika atom dan nuklir, dan fisika energy-tinggi. Walupun banyak dari hasil yang di turunkan dalam hal ini mungkin bertentangan dengan intuisi kita, karena ketiga dalil di atas tadi, namun teori ini sangat sesuai dengan pengamatan eksperimental atau pengamatan yang langsung terjadi di alam.
Dalil Pertama Einstein, yang dinamakan prinsip relativitas (principle of relativity) menyatakan : hukum-hukum fisika adalah sama dalam tiap-tiap kerangka acuan inersia. Jika hukum-hukum itu dibedakan, maka perbedaan tersebut dapat membedakan satu kerangka inersia dari kerangka lainnya atau dapat membuat satu kerangka yang bagaimanapun lebih “benar” dibandingkan kerangka lainnya. Inilah dua contohnya. Misalnya Anda mengawasi dua anak yang bermain menangkap bola sementara Anda bertiga berada dalam sebuah kereta api yang bergerak dengan kecepatan yang tetap. Pengamatan Anda mengenai gerak bola itu, tak peduli bagaimanapun telitinya pengamatan itu dilakukan, tidak dapat menceritakan kepada Anda seberapa cepat kereta api tersebut bergerak. Hal ini dikarenakan hukum mekanika (hukum-hukum Newton) adalah sama dalam tiap-tiap system inersia.
Sebuah contoh lain adalah tegangan gerak elektrik (tge) [electromotive force (emf)] yang diinduksi dalam sebuah koil kawat oleh sebuah magnet permanen yang bergerak di dekatnya. Dalam kerangka acuan di mana koil itu stasioner, magnet yang bergerak itu menyebabkan perubahan fluks magnetic yang melalui koil tersebut, dan ini menginduksi sebuah tge. Dalam sebuah kerangka acuan yang berbeda di mana magnetnya stasioner, gerak koil melalui sebuah medan magnetic akan menginduksi tge. Menurut prinsip relativitas, kedua sudut pandang ini berlaku sama, dan keduanya harus meramalkan tge induksi yang sama. Hukum induksi Faraday dapat diaplikasikan untuk deskripsi yang manapun, dan itu tentu memenuhi persyaratan ini. Jika situasi magnetic yang bergerak dan situasi koil itu tidak memberikan hasil-hasil yang sama, maka kita dapat menggunakan eksperimen ini untuk membedakan satu kerangka inersia dari kerangka inersia lamanya. Ini akan bertentangan dengan prinsip relativitas.
Yang tidak kalah pentingnya adalah ramalan mengenai laju radiasi elektromagnetik yang diturunkan dari persamaan Maxwell. Menurut analisis ini, cahaya dan semua gelombang elektromagnetik lain berjalan dalam ruang hampa dengan sebuah laju yang tetap, yang sekarang didefenisikan secara eksak sebesar 299.792.458 m/s (sering kali mengenal nilai aproksimasi c=3,00× 〖10〗^8 m/s, yang berada dalam satu bagian dalam 1000 dari nilai eksak itu). Seperti yang kita tahu, laju cahaya dalam ruang hampa selalu memainkan sebuah peranan utama dalam teori relativitas.
Selama abad kesembilan belas, kebanyakan fisikawan percaya bahwa cahaya berjalan melalui sebuah medium hipotetik yang dinamakan dengan eter, persis seperti gelombang suara berjalan melalui udara. Jika demikian, maka laju cahaya yang diukur oleh pengamat akan bergantung pada geraknya relative terhadap eter itu dan karena itu maka akan berbeda dalam arah yang berbeda. Eksperimen Michelson-Morley, adalah sebuah usaha untuk mendeteksi gerak bumi relative terhadap eter tersebut. Loncatan konseptual Einstein adalah untuk mengenal bahwa jika persamaan Maxwell berlaku maka laju cahaya dalam ruang hampa harus juga sama dalam semua kerangka acuan inersia, maka kecepatan cahaya dalam vakum seharusnya sama semua arah. Faktanya, Michelson dan Morley tudaj nebdetejsu adanya gerak eter yang menyeberang bumi, dan konsep eter itu telah dibuang. Walaupun Einstein mungkin belum mengetahui hasil negative ini, namun hasil ini mendukung hipotesisnya yang berani mengenai kekonstanan laju cahaya dalam ruang hampa.
Jadi, Einstein mengemukakan dalilnya yang kedua; Laju cahaya dalam ruang hampa adalah sama dalam semua kerangka acuan inersia dan tidak bergantung pada gerak sumber itu. Misalnya dua pengamat mengukur laju cahaya itu dalam ruang hampa. Seorang berada dalam keadaan diam terhadap sumber cahaya itu, dan orang lainnya bergerak menjauhi sumber cahaya itu. Keduanya berada dalam kerangka-kerangka acuan inersia. Menurut prinsip relativitas, kedua pengamat itu harus mendapatkan hasil yang sama, meskipun kenyataannya yang seorang bergerak terhadap orang lainnya.
Jika ini kelihatannya terlalu mudah, tinjaulah situasi berikut. Sebuah pesawat ruang angkasa yang bergerak melewati bumi pada laju 1000 m/s menembakkan sebuah misil lurus kedepan dengan laju sebesar 2000 m/s (relative terhadap pesawat ruang angkasa itu). Berapakah laju misil itu relative terhadap bumi? Jawabannya sederhana, Anda mengatakan; ini adalah soal dasar dalam kecepatan relative. Jawaban yang benar menurut mekanika Newton adalah 3000 m/s. Tetapi sekarang misalnya pesawat ruang angkasa itu menyalakan sebuah lampu sorot, yang menunjuk dalam arah yang sama ke mana misil ditembakkan. Seorang pengamat pada pesawat ruang angkasa itu menyalakan sebuah lampu sorot, yang pesawat ruang angkasa itu mengukur laju cahaya yang dipancarkan oleh lampu sorot dan mendapatkan nilai c. Menurut pembahasan sebelumnya gerak cahaya setelah meninggalkan sumber itu tidak dapat bergantung pada gerak sumber. Maka pengamat di bumi mengukur laju dari cahaya yang sama ini harus juga mendapatkan nilai c, bukan c + 1000 m/s. Hasil ini sepertinya bertentangan dengan akal sehat. Tetapi “akal sehat” adalah intuisi yang didasarkan pada pengalaman sehari-hari, dan ini biasanya tidak termasuk pengukuran laju cahaya.
Mungkin mengukur waktu dan interval waktu melibatkan konsep simultanitas (simultaneity), dalam sebuah kerangka acuan yang diberikan, sebuah peristiwa (event) adalah sebuah kejadian yang mempunyai posisi dan waktu yang pasti. Bila Anda mengatakan bahwa Anda bangun pada jam tujuh, Anda mengartikannya bahwa ada dua peristiwa (sewaktu Anda bangun dan waktu jam 7.00 yang diperlihatkan oleh jam Anda) terjadi simultan. Soal fundamental dalam pengukuran waktu adalah bahwa pada umumnya, dua peristiwa yang simultan dalam satu kerangka acuan, tidak simultan dalam kerangka kedua yang bergerak relative terhadap yang pertama, walaupun keduanya adalah kerangka inersia.
Dalil kedua Einstein ini segera mengatakanhasil berikut : tidak mungkin untuk seorang pengamat inersia berjalan dengan laju c, yakni laju cahaya dalam ruang hampa. Kita dapat membuktikan ini dengan memperlihatkan bahwa berjalan dengan laju c mengimplikasikan sebuah kontradiksi yang logis. Sewaktu kita meneruskan persoalan mengenai Teori Relativitas, Kita sendiri mungkin akan menanyakan pertanyaan yang ditanyakan oleh Einstein sendiri sebagai seorang siswa yang berumur 16 tahun “ Apakah yang akan saya alami apabila saya dapat berjalan pada laju cahaya?” Einstein menyadari hanya setelah beberapa tahun kemudian bahwa cacat dasar dari pertanyaannya adalah bahwa dia tidak dapat berjalan dengan laju seperti kecepatan cahaya.
Teori Relativitas Khusus itu telah membuat perubahan yang sangat luas dalam pemahaman kita mengenai alam, tetapi Einstein mendasarkan teorinya pada dua dalil yang sederhana saja. Satu dalil menyatakan bahwa hukum-hukum fisika adalah sama dalam satu kerangka acuan inersia; dalil yang lainnya menyatakan bahwa laju cahaya dalam ruang hampa adalah sama dalam semua kerangka inersia. Usulan-usulan yang bunyinya tidak memerlukan pemikiran lama ini mempunyai implikasi yang sangat jauh. Tiga diantaranya di berikan di sini : (1) Peristiwa-peristiwa yang terjadi serempak untuk seorang pengamat mungkin tidak terjadi serempak untuk pengamat lain. (2) Bila dua pengamat yang bergerak relative satu terhadap yang lain mengukur sebuah interval waktu atau sebuah panjang, kedua pengamat itu mungkin tidak akan mendapatkan hasil yang sama. (3) Supaya prinsip kekekalan momentum dan energy berlaku dalam semua system inersia maka hukum kedua Newton dan persamaan untuk momentum dan energy harus di revisi.
Relativitas mempunyai konsekuensi penting dalam semua bidang fisika, termasuk termodinamika, elektromagnetisme, optika, fisika atom dan nuklir, dan fisika energy-tinggi. Walupun banyak dari hasil yang di turunkan dalam hal ini mungkin bertentangan dengan intuisi kita, karena ketiga dalil di atas tadi, namun teori ini sangat sesuai dengan pengamatan eksperimental atau pengamatan yang langsung terjadi di alam.
Dalil Pertama Einstein, yang dinamakan prinsip relativitas (principle of relativity) menyatakan : hukum-hukum fisika adalah sama dalam tiap-tiap kerangka acuan inersia. Jika hukum-hukum itu dibedakan, maka perbedaan tersebut dapat membedakan satu kerangka inersia dari kerangka lainnya atau dapat membuat satu kerangka yang bagaimanapun lebih “benar” dibandingkan kerangka lainnya. Inilah dua contohnya. Misalnya Anda mengawasi dua anak yang bermain menangkap bola sementara Anda bertiga berada dalam sebuah kereta api yang bergerak dengan kecepatan yang tetap. Pengamatan Anda mengenai gerak bola itu, tak peduli bagaimanapun telitinya pengamatan itu dilakukan, tidak dapat menceritakan kepada Anda seberapa cepat kereta api tersebut bergerak. Hal ini dikarenakan hukum mekanika (hukum-hukum Newton) adalah sama dalam tiap-tiap system inersia.
Sebuah contoh lain adalah tegangan gerak elektrik (tge) [electromotive force (emf)] yang diinduksi dalam sebuah koil kawat oleh sebuah magnet permanen yang bergerak di dekatnya. Dalam kerangka acuan di mana koil itu stasioner, magnet yang bergerak itu menyebabkan perubahan fluks magnetic yang melalui koil tersebut, dan ini menginduksi sebuah tge. Dalam sebuah kerangka acuan yang berbeda di mana magnetnya stasioner, gerak koil melalui sebuah medan magnetic akan menginduksi tge. Menurut prinsip relativitas, kedua sudut pandang ini berlaku sama, dan keduanya harus meramalkan tge induksi yang sama. Hukum induksi Faraday dapat diaplikasikan untuk deskripsi yang manapun, dan itu tentu memenuhi persyaratan ini. Jika situasi magnetic yang bergerak dan situasi koil itu tidak memberikan hasil-hasil yang sama, maka kita dapat menggunakan eksperimen ini untuk membedakan satu kerangka inersia dari kerangka inersia lamanya. Ini akan bertentangan dengan prinsip relativitas.
Yang tidak kalah pentingnya adalah ramalan mengenai laju radiasi elektromagnetik yang diturunkan dari persamaan Maxwell. Menurut analisis ini, cahaya dan semua gelombang elektromagnetik lain berjalan dalam ruang hampa dengan sebuah laju yang tetap, yang sekarang didefenisikan secara eksak sebesar 299.792.458 m/s (sering kali mengenal nilai aproksimasi c=3,00× 〖10〗^8 m/s, yang berada dalam satu bagian dalam 1000 dari nilai eksak itu). Seperti yang kita tahu, laju cahaya dalam ruang hampa selalu memainkan sebuah peranan utama dalam teori relativitas.
Selama abad kesembilan belas, kebanyakan fisikawan percaya bahwa cahaya berjalan melalui sebuah medium hipotetik yang dinamakan dengan eter, persis seperti gelombang suara berjalan melalui udara. Jika demikian, maka laju cahaya yang diukur oleh pengamat akan bergantung pada geraknya relative terhadap eter itu dan karena itu maka akan berbeda dalam arah yang berbeda. Eksperimen Michelson-Morley, adalah sebuah usaha untuk mendeteksi gerak bumi relative terhadap eter tersebut. Loncatan konseptual Einstein adalah untuk mengenal bahwa jika persamaan Maxwell berlaku maka laju cahaya dalam ruang hampa harus juga sama dalam semua kerangka acuan inersia, maka kecepatan cahaya dalam vakum seharusnya sama semua arah. Faktanya, Michelson dan Morley tudaj nebdetejsu adanya gerak eter yang menyeberang bumi, dan konsep eter itu telah dibuang. Walaupun Einstein mungkin belum mengetahui hasil negative ini, namun hasil ini mendukung hipotesisnya yang berani mengenai kekonstanan laju cahaya dalam ruang hampa.
Jadi, Einstein mengemukakan dalilnya yang kedua; Laju cahaya dalam ruang hampa adalah sama dalam semua kerangka acuan inersia dan tidak bergantung pada gerak sumber itu. Misalnya dua pengamat mengukur laju cahaya itu dalam ruang hampa. Seorang berada dalam keadaan diam terhadap sumber cahaya itu, dan orang lainnya bergerak menjauhi sumber cahaya itu. Keduanya berada dalam kerangka-kerangka acuan inersia. Menurut prinsip relativitas, kedua pengamat itu harus mendapatkan hasil yang sama, meskipun kenyataannya yang seorang bergerak terhadap orang lainnya.
Jika ini kelihatannya terlalu mudah, tinjaulah situasi berikut. Sebuah pesawat ruang angkasa yang bergerak melewati bumi pada laju 1000 m/s menembakkan sebuah misil lurus kedepan dengan laju sebesar 2000 m/s (relative terhadap pesawat ruang angkasa itu). Berapakah laju misil itu relative terhadap bumi? Jawabannya sederhana, Anda mengatakan; ini adalah soal dasar dalam kecepatan relative. Jawaban yang benar menurut mekanika Newton adalah 3000 m/s. Tetapi sekarang misalnya pesawat ruang angkasa itu menyalakan sebuah lampu sorot, yang menunjuk dalam arah yang sama ke mana misil ditembakkan. Seorang pengamat pada pesawat ruang angkasa itu menyalakan sebuah lampu sorot, yang pesawat ruang angkasa itu mengukur laju cahaya yang dipancarkan oleh lampu sorot dan mendapatkan nilai c. Menurut pembahasan sebelumnya gerak cahaya setelah meninggalkan sumber itu tidak dapat bergantung pada gerak sumber. Maka pengamat di bumi mengukur laju dari cahaya yang sama ini harus juga mendapatkan nilai c, bukan c + 1000 m/s. Hasil ini sepertinya bertentangan dengan akal sehat. Tetapi “akal sehat” adalah intuisi yang didasarkan pada pengalaman sehari-hari, dan ini biasanya tidak termasuk pengukuran laju cahaya.
Mungkin mengukur waktu dan interval waktu melibatkan konsep simultanitas (simultaneity), dalam sebuah kerangka acuan yang diberikan, sebuah peristiwa (event) adalah sebuah kejadian yang mempunyai posisi dan waktu yang pasti. Bila Anda mengatakan bahwa Anda bangun pada jam tujuh, Anda mengartikannya bahwa ada dua peristiwa (sewaktu Anda bangun dan waktu jam 7.00 yang diperlihatkan oleh jam Anda) terjadi simultan. Soal fundamental dalam pengukuran waktu adalah bahwa pada umumnya, dua peristiwa yang simultan dalam satu kerangka acuan, tidak simultan dalam kerangka kedua yang bergerak relative terhadap yang pertama, walaupun keduanya adalah kerangka inersia.
Dalil kedua Einstein ini segera mengatakanhasil berikut : tidak mungkin untuk seorang pengamat inersia berjalan dengan laju c, yakni laju cahaya dalam ruang hampa. Kita dapat membuktikan ini dengan memperlihatkan bahwa berjalan dengan laju c mengimplikasikan sebuah kontradiksi yang logis. Sewaktu kita meneruskan persoalan mengenai Teori Relativitas, Kita sendiri mungkin akan menanyakan pertanyaan yang ditanyakan oleh Einstein sendiri sebagai seorang siswa yang berumur 16 tahun “ Apakah yang akan saya alami apabila saya dapat berjalan pada laju cahaya?” Einstein menyadari hanya setelah beberapa tahun kemudian bahwa cacat dasar dari pertanyaannya adalah bahwa dia tidak dapat berjalan dengan laju seperti kecepatan cahaya.
0 comments:
Posting Komentar