Selasa, 11 Oktober 2011

Teori Relativitas Einstein

Albert Einstein


Albert Einstein (lahir di Ulm, Kerajaan Württemberg, Kerajaan Jerman, 14 Maret 1879 – meninggal di Princeton, New Jersey, Amerika Serikat, 18 April 1955pada umur 76 tahun) adalah seorang ilmuwan fisika teoretis yang dipandang luas sebagai ilmuwan terbesar dalam abad ke-20. Dia mengemukakan teori relativitas dan juga banyak menyumbang bagi pengembangan mekanika kuantum, mekanika statistika, dan kosmologi. Dia dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1921 untuk penjelasannya tentang efek fotolistrik dan "pengabdiannya bagi Fisika Teoretis".

Setelah teori relativitas umum dirumuskan, Einstein menjadi terkenal ke seluruh dunia, pencapaian yang tidak biasa bagi seorang ilmuwan. Di masa tuanya, keterkenalannya melampaui ketenaran semua ilmuwan dalam sejarah, dan dalam budaya populer, kata Einstein dianggap bersinonim dengan kecerdasanatau bahkan genius. Wajahnya merupakan salah satu yang paling dikenal di seluruh dunia.

Pada tahun 1999, Einstein dinamakan "Tokoh Abad Ini" oleh majalah Time.

Untuk menghargainya, sebuah satuan dalam fotokimia dinamai einstein, sebuah unsur kimia dinamai einsteinium, dan sebuah asteroid dinamai 2001 Einstein.

Rumus Einstein yang paling terkenal adalah E=mc².

Teori Relativitas Einstein 
Teori Relativitas adalah sebutan untuk kumpulan dua teori fisika yaitu relativitas umum dan relativitas khusus. Kedua teori ini diciptakan untuk menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik (cahaya) tidak sesuai dengan teori gerakan Newton.

Gelombang elektromagnetik dibuktikan bergerak pada kecepatan yang konstan, tanpa dipengaruhi gerakan sang pengamat. Inti pemikiran dari kedua teori ini adalah bahwa dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan mendapatkan waktu dan interval ruang yang berbeda untuk kejadian yang sama, namun isi hukum fisika akan terlihat sama oleh keduanya. Teori ini menjelaskan gerak benda dalam orde kecepatan cahaya yang tidak bisa dijelaskan oleh teori mekanika Newton karena teori mekanika Newton hanya menjelaskan gerak benda dalam orde kecepatan yang kecil dan memiliki massa yang ringan.

Teori Relativitas Umum
Relativitas umum diterbitkan oleh Einstein pada 1916 (disampaikan sebagai satu seri pengajaran di hadapan "Prussian Academy of Science" 25 November 1915). Akan tetapi, matematikawan Jerman David Hilbert menulis dan menyebarluaskan persamaan sejenis sebelum Einstein. Ini tidak menyebabkan tuduhan pemalsuan oleh Einstein, tetapi kemungkinan mereka merupakan para pencipta relativitas umum.

Teori relativitas umum menggantikan hukum gravitasi Newton. Teori ini menggunakan matematika geometri diferensial dan tensor untuk menjelaskan gravitasi. Teori ini memiliki bentuk yang sama bagi seluruh pengamat, baik bagi pengamat yang bergerak dalam inersial ataupun bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan yang dipercepat. Dalam relativitas umum, gravitasi bukan lagi sebuah gaya (seperti dalam Hukum gravitasi Newton) tetapi merupakan konsekuensi dari kelengkungan (curvature) ruang-waktu. Relativitas umum menunjukkan bahwa kelengkungan ruang-waktu ini terjadi akibat kehadiran massa.

Dalam pandangan Newton di alam semesta hanya ada materi, ruang dan waktu. Materi tersusun atas atom-atom yang terikat untuk selamanya sedangkan ruang dan waktu absolute, tidak mengalami perubahan keuali yang kecil-kecil saja yang tak berarti alias statis. Ruang dan waktu akan selalu ada untuk selama-lamanya walau seluruh materi yang ada di alam semesta ini musnah. Ruang dan waktu yang tidak terbatas. Sedangkan teori relativitas umum yang dicanangkan tahun 1915 oleh Einstain menyatakan bumi dan planet lainnya bergerak mengikuti suatu lintasan lurus yang membelok dalam ruang lengkung yaitu geodesic. Einstain membahas teori Newton tentang materi yang memiliki 2 sifat dasar. Pertama, inersia atau kedalam sehingga benda selalu melawan perubahan arah gerakan. Kedua, gravitasi yang membuat benda seperti bumi dan planet-planet lainnya mengubah kecepatan dan melengkungkan lintasannya karena kehadiran benda lain di alam semesta. Kehadiran materi dalam ruang selalu menimbulkan lengkungan medan gravitasi innersia.itulah sebabnya benda-benda langit itu bulat dan lintasannya mengikuti garis lengkung atau ellips, misalnya, cahaya bintang sebenarnya lurus namun terbelokkan ketika melintasi gravitasi matahari. jadi,keberadaan matahari melengkungkan ruang di sekitarnya.

Perumuskan teori relativitas umum dan solusinya telah membawa kepercayaan dan mendukung teori Newtonian yang begitu percayanya bahwa alam semesta adalah statis, hingga ia perlu menambahkan ‘konstanta kosmologi’ dalam persamaannya agar alam semesta statis. Tetapi ketika Einstein mendengar penemuan Hubble bahwa alam semesta mengembang, ia mengatakan bahwa itu adalah “the biggest blunder” dalam hidupnya (walaupun demikian konstanta kosmologi ini kemudian penting juga dalam memahami awal alam semesta).
Sebenarnya teori relativitas umum sempat memberikan harapan untuk melawan gagasan ruang dan waktu absolute Newton. Teori ini menyatakan bahwa geometri ruang dan waktu menentukan dinamika materi dan sebaliknya geometri ditentukan oleh materi, artinya ruang dan waktu tidak absolute, tidak tetap bervariasi dan berubah, ruang-waktu adalah dinamis, dan bergantung pada distribusi materi dan energi. ruang-waktu adalah relasional, bukan absolut. jika semua materi dihilangkan, tidak ada yang tersisa – tidak ada ruang-waktu jika tidak ada materi,tidak ada waktu jika tidak ada materi. Ruang-waktu tidaklah eksis dengan sendirinya, tapi ruang-waktu adalah network dari hubungan dan perubahan. Namun Einstein melakukan kesalahan besar dengan mempertahankan teori keadaan tetap. Sebenarya perhitungan yang dia lakukan menunjukkan bahwa alam semesta ini tidak statis.namun dia menambahkan apa yang disebut konstanta kosmologi dalam persamaannya demi mempertahankan teori keadaan tetap. Namun pada akhirnya dia sadar dan mengakui bahwa itu adalah kesalahan terbesar dalam hidupnya.

Teori Relativitas Khusus
Tulisan Einstein tahun 1905, "Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak", memperkenalkan teori relativitas khusus. Relativitas khusus menunjukkan bahwa jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan inersial dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam. Kerangka acuan inersial adalah koordinat ruang dan waktu yang tidak mengalami percepatan. Contohnya ketika kita sedang berada dalam mobil yang melaju dalam kecepatan tetap, segala aktivitas yang kita lakukan di dalam mobil seperti membaca buku atau minum akan terasa sama seperti jika kita melakukannya dalam mobil yang sedang diam. Namun, ketika mobil berbelok di tikungan, kita akan merasakan bahwa mobil sedang bergerak. Hal ini terjadi karena mobil mengalami percepatan ketika berbelok. Teori Relativitas Khusus Einstein tidak berlaku dalam kerangka acuan yang mengalami percepatan. Contoh lain adalah seperti saat kita berada di dalam sebuah kapal selam yang bergerak dengan kecepatan tetap. Kita tidak akan dapat mengatakan apakah kapal selam tengah bergerak atau diam. Teori relativitas khusus disandarkan pada postulat bahwa kecepatan cahaya akan sama terhadap semua pengamat yang berada dalam kerangka acuan inersial. Teori ini disebut "khusus" karena dia berlaku terhadap prinsip relativitas pada kasus "tertentu" atau "khusus" dari rangka referensi inertial dalam ruang waktu datar, di mana efek gravitasi dapat diabaikan.

Teori relativitas khusus mengacu pada dua postulat yaitu,

1. Asas relativitas: Hukum-hukum Fisika tetap sama pernyataannya dalam semua sistem kerangka acuan.

2. Ketidakubahan laju cahaya: laju cahaya memiliki nilai c yang sama dalam semua kerangka acuan.

Teori relativitas khusus Einstein mengakibatkan adanya dilasi waktu dan kontraksi Lorentz (kontraksi panjang). Untuk selanjutnya, yang akan dibahas hanya dilasi waktu.

Dilasi Waktu (Time Dilation)
Dilasi waktu adalah konsekuensi dari teori relativitas khusus dimana dua pengamat yang bergerak relatif terhadap satu sama lain akan mengamati bahwa jam pengamat lain berdetak lebih lambat dari jamnya. Peristiwa ini bukanlah akibat dari kesalahan jam atau faktor teknis lainnya, tetapi merupakan sifat dasar dari ruang-waktu yang dijelaskan dalam teori relativitas.

Untuk lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi dibawah:

Misalkan sebuah sumber cahaya ditaruh dalam sebuah kendaraan yang sedang bergerak dalam kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Seorang pengamat di dalam kendaraan (pengamat A) melihat cahaya keluar dari sumber itu dan memantul atap kendaraan hingga kembali ke sumber dalam satu garis lurus.


Lalu seorang pengamat lain yang merupakan saudara kembar pengamat pertama yang berada di luar kendaraan (pengamat B) juga ikut mengamati cahaya yang keluar dari sumber itu. Namun, lintasan cahaya yang dilihatnya tidak berbentuk satu garis lurus, tetapi membentuk garis diagonal.


Dalam hal ini, lintasan yang dilalui cahaya berbeda antara menurut pengamat A dengan pengamat B. Pengamat B akan mendapati lintasan cahaya yang dilihatnya lebih panjang daripada lintasan cahaya yang dilihat pengamat A.


Jika menurut teori gerak Newton, benda yang bergerak dalam kendaraan yang bergerak akan memiliki kecepatan dari penjumlahan kecepatan kendaraan relatif terhadap tanah ditambah kecepatan benda relatif terhadap kendaraan, teori ini tidak berlaku untuk cahaya atau gelombang elektromagnet. Kecepatan cahaya adalah c = 3.108 m/s relatif terhadap apapun. Sehingga kecepatan cahaya yang dilihat pengamat A dan B adalah sama yaitu c.

Kalau kecepatan cahaya sama, seharusnya panjang lintasan cahaya dari kedua keadaan diatas adalah sama. Jika panjang lintasan cahaya berbeda, maka pasti ada variabel yang tidak konstan dalam kasus di atas. Variabel itu adalah waktu. Pengamat A akan mengalami pergerakan waktu yang lebih lambat dibandingkan dengan pengamat B karena panjang lintasan yang dilihat pengamat A lebih pendek dibandingkan dengan pengamat B.

Namun, pengamat A tidak akan merasakan waktu yang berjalan lebih lambat kecuali mereka saling membandingkan jam yang mereka bawa. Kebingungan yang sering muncul dalam mempelajari efek ini adalah efek ini berlaku dua arah: jika pengamat A mengamati bahwa jam pengamat B berdetak lebih lambat karena efek ini, maka pengamat B juga akan mengamati bahwa jam pengamat A berdetak lebih lambat. Hal ini sangat berlawanan dengan intuisi: jika A mengamati jam B berdetak lebih lambat maka B akan mengamati jam A berdetak lebih cepat.


Penurunan Rumus Dilasi Waktu


Gambar ini memperlihatkan pengamat O yang mengirimkan dan menerima seberkas cahaya yang dipantulkan oleh sebuah cermin. Pengamat O’ sedang bergerak dengan laju u.


Gambar ini adalah percobaan yang diperlihatkan pada gambar pertama, tetapi sebagaimana dilihat oleh O’. Pengamat O memancarkan seberkas cahaya di titik A dan menerima pantulannya di B.


Menurut Galileo t= t'. O mengukur laju cahaya c, sehingga laju cahaya menurut pengukuran O' adalah

Menurut Postulat kedua Einstein, ini tidak mungkin karena O maupun O' harus mengukur laju cahaya yang sama, yaitu c. Menurut O,


dan menurut O',

Dari kedua persamaan dihasilkan



Contoh kasus: Twin Paradox

Vincent dan Firla lahir sebagai bayi dalam waktu yang bersamaan. Namun, sesaat setelah lahir, Firla dibawa oleh NASA ke luar angkasa dengan kecepatan o.8c. Di bumi, 20 tahun kemudian Firla akhirnya pulang. Berapakah umur Firla?

Solusi:

Menggunakan rumus dilasi waktu dari teori relativitas khusus Einstein:

Dengan:
= waktu relatif dan 
= waktu sebenarnya

= 20 tahun

= 0.8c


Jadi, umur Firla saat pulang ke bumi adalah 12 tahun.

Sumber: Wikipedia dan kuliah KPIP

1 komentar:

  1. permisi maaf template blog anda namanya apa?^_^
    saya ingin mendownloadnya ,boleh kasih tahu linkn download templatenya?

    助けてください。。。 0(^_^)0

    BalasHapus