Penjelasan Teori Relativitas khusus Einstein

Pada tahun 1905, Albert Einstein menetapkan bahwa hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat yang tidak mengalami percepatan, dan kecepatan cahaya dalam ruang hampa tidak tergantung pada gerak semua pengamat. Ini adalah teori relativitas khusus. Relativitas khusus memperkenalkan kerangka kerja baru untuk semua fisika dan mengusulkan konsep baru ruang dan waktu.

Einstein kemudian menghabiskan 10 tahun mencoba memasukkan percepatan dalam teori dan menerbitkan teorinya tentang relativitas umum pada tahun 1915. Di dalamnya, ia menentukan bahwa objek besar menyebabkan distorsi dalam ruang-waktu, yang dirasakan sebagai gravitasi.

Tarik-menarik gravitasi

Dua benda mengerahkan satu daya tarik satu sama lain yang dikenal sebagai “gravitasi”. Sir Isaac Newton menghitung gravitasi antara dua benda ketika dia merumuskan tiga hukum geraknya. Gaya menarik antara dua benda tergantung pada seberapa besar masing-masing benda dan seberapa jauh jarak keduanya. Bahkan ketika pusat Bumi menarik Anda ke arahnya (membuat Anda tetap bersarang di tanah), pusat massa Anda menarik kembali ke Bumi. Tetapi benda yang lebih besar nyaris tidak merasakan tarikan dari Anda, sementara dengan massa yang jauh lebih kecil, Anda merasakan diri Anda berakar kuat berkat kekuatan yang sama. Namun hukum Newton berasumsi bahwa gravitasi adalah gaya bawaan dari suatu benda yang dapat bertindak dari jarak jauh.

Albert Einstein, dalam teorinya tentang relativitas khusus, menetapkan bahwa hukum fisika adalah sama untuk semua pengamat yang tidak mempercepat, dan ia menunjukkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama, tidak peduli kecepatan di mana seorang pengamat bergerak. Sebagai hasilnya, ia menemukan bahwa ruang dan waktu terjalin menjadi sebuah kontinum tunggal yang dikenal sebagai ruang-waktu. Peristiwa yang terjadi pada saat yang sama untuk satu pengamat dapat terjadi pada waktu yang berbeda untuk yang lain.

Ketika ia mengerjakan persamaan untuk teori relativitas umumnya, Einstein menyadari bahwa objek besar menyebabkan distorsi dalam ruang-waktu. Bayangkan mengatur benda besar di tengah trampolin. Benda akan menekan ke dalam kain, menyebabkan lesung. Sebuah marmer yang berguling-guling di tepian akan berputar ke dalam ke arah benda, menarik dengan cara yang sama seperti gravitasi dari sebuah planet menarik batu di ruang bebas.

Bukti eksperimental

Meskipun instrumen tidak dapat melihat atau mengukur ruang-waktu, beberapa fenomena yang diprediksi oleh lengkungannya telah dikonfirmasi.

Lensa gravitasi: Cahaya di sekitar objek besar, seperti lubang hitam, bengkok, menyebabkannya bertindak sebagai lensa untuk hal-hal yang ada di belakangnya. Para astronom secara rutin menggunakan metode ini untuk mempelajari bintang dan galaksi di balik objek besar.

Einstein’s Cross, quasar di konstelasi Pegasus, adalah contoh sempurna dari pelensaan gravitasi. Quasar berjarak sekitar 8 miliar tahun cahaya dari Bumi, dan berada di belakang galaksi yang berjarak 400 juta tahun cahaya. Empat gambar quasar muncul di sekitar galaksi karena gravitasi galaksi yang kuat membelokkan cahaya yang datang dari quasar.

Lensa gravitasi dapat memungkinkan para ilmuwan untuk melihat beberapa hal yang cukup keren, tetapi sampai saat ini, apa yang mereka lihat di sekitar lensa tetap cukup statis. Namun, karena cahaya yang bergerak di sekitar lensa mengambil jalur yang berbeda, masing-masing bergerak dalam jumlah waktu yang berbeda, para ilmuwan dapat mengamati supernova terjadi empat kali berbeda seperti yang diperbesar oleh galaksi besar.

Dalam pengamatan lain yang menarik, teleskop Kepler NASA menemukan bintang mati, yang dikenal sebagai white dwarf, yang mengorbit dwarf merah dalam sistem biner. Meskipun katai putih lebih besar, ia memiliki jari-jari yang jauh lebih kecil daripada rekannya.

Perubahan dalam orbit Merkurius: Orbit Merkurius bergeser secara bertahap dari waktu ke waktu, karena kelengkungan ruang-waktu di sekitar matahari besar. Dalam beberapa miliar tahun, ia bahkan bisa bertabrakan dengan Bumi.

Seret-bingkai ruang-waktu di sekitar benda-benda yang berputar: Putaran benda berat, seperti Bumi, harus memuntir dan mengubah ruang-waktu di sekitarnya. Pada tahun 2004, NASA meluncurkan Gravity Probe B GP-B). Satelit yang dikalibrasi dengan tepat menyebabkan sumbu giroskop di dalamnya melayang sangat sedikit dari waktu ke waktu, hasil yang bertepatan dengan teori Einstein.

“Bayangkan Bumi seolah-olah terbenam dalam madu,” penyelidik utama Gravity Probe-B Francis Everitt, dari Universitas Stanford, mengatakan dalam sebuah pernyataan.

“Saat planet berputar, madu di sekitarnya akan berputar, dan itu sama dengan ruang dan waktu. GP-B mengkonfirmasi dua prediksi paling mendalam tentang alam semesta Einstein, yang memiliki implikasi luas di seluruh penelitian astrofisika.”

Redshift Gravitasi: Radiasi elektromagnetik suatu benda terbentang sedikit di dalam medan gravitasi. Pikirkan gelombang suara yang berasal dari sirene pada kendaraan darurat; saat kendaraan bergerak ke arah pengamat, gelombang suara dikompresi, tetapi saat bergerak menjauh, gelombang itu terentang, atau tergeser merah. Dikenal sebagai Efek Doppler, fenomena yang sama terjadi dengan gelombang cahaya di semua frekuensi. Pada tahun 1959, dua fisikawan, Robert Pound dan Glen Rebka, menembakkan sinar gamma dari zat radioaktif ke sisi sebuah menara di Universitas Harvard dan menemukan mereka lebih kecil daripada frekuensi alami mereka karena distorsi yang disebabkan oleh gravitasi.

Gelombang gravitasi: Peristiwa kekerasan, seperti tabrakan dua lubang hitam, dianggap mampu menciptakan riak dalam ruang-waktu yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Pada tahun 2016, Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) mengumumkan bahwa mereka menemukan bukti dari indikator ini.

Pada tahun 2014, para ilmuwan mengumumkan bahwa mereka telah mendeteksi gelombang gravitasi yang tersisa dari Dentuman Besar dengan menggunakan pencitraan Latar Belakang dari teleskop Polarisasi Extragalactic Polarisasi (BICEP2) Kosmik di Antartika. Diperkirakan bahwa gelombang tersebut tertanam dalam latar belakang gelombang mikro kosmik. Namun, penelitian lebih lanjut mengungkapkan bahwa data mereka terkontaminasi oleh debu di garis pandang.

Sinyal kedua terlihat pada 26 Desember tahun yang sama, dan kandidat ketiga disebutkan bersama dengan itu. Sementara dua sinyal pertama hampir secara astrofisika-Gonzalez mengatakan ada kurang dari satu bagian dalam sejuta dari mereka menjadi sesuatu yang lain-kandidat ketiga hanya memiliki kemungkinan 85 persen menjadi gelombang gravitasi.

Bersama-sama, dua pendeteksian yang kuat memberikan bukti untuk pasang lubang hitam yang berputar ke dalam dan bertabrakan. Seiring berlalunya waktu, Gonzalez mengantisipasi bahwa lebih banyak gelombang gravitasi akan terdeteksi oleh LIGO dan instrumen mendatang lainnya, seperti yang direncanakan oleh India.

“Kita dapat menguji relativitas umum, dan relativitas umum telah lulus tes,” kata Gonzalez.

Leave a Comment