Apakah Sedulur mengenal salah satu ilmuwan fisika terkenal bernama Albert Einstein? Ia merupakan seorang fisikawan teoretis yang lahir di Jerman dan secara luas diakui sebagai fisikawan terbesar dan paling berpengaruh sepanjang masa. Einstein merupakan ilmuwan yang memberikan kontribusi penting bagi pengembangan teori mekanika kuantum. Selain itu, ia juga terkenal dengan salah satu teorinya yaitu teori relativitas.
Teori relativitas merupakan suatu teori atau gagasan yang diterbitkan Einstein dalam dua tahap. Tahap pertama adalah teori relativitas khusus pada tahun 1905, dan tahap kedua adalah teori relativitas umum pada tahun 1915. Untuk lebih mengenal teori relativitas Einstein beserta manfaat dan pembuktiannya, simak artikel berikut dengan baik, ya!
BACA JUGA: Hukum Pascal: Pengertian, Bunyi, Rumus, dan Penerapannya
Penemuan teori
Para ilmuwan fisika sejak zaman dahulu percaya dengan prinsip fisika klasik milik Newton yang menemukan konsep gravitasi dan menyatakan bahwa ruang dan waktu itu mutlak. Namun, pada abad ke 19 mulai muncul banyak fenomena tak terduga yang tidak dapat dijelaskan dengan Hukum Newton tersebut. Salah satunya ketika planet merkurius mulai mengitari matahari lebih cepat dari perhitungan awalnya.
Kemudian pada tahun 1905, Albert Einstein mulai mengemukakan gagasannya mengenai relativitas dan mematahkan prinsip hukum fisika klasik tersebut. Teori yang diungkapkan Einstein tersebut juga menjadi sebuah jawaban atas semua pertanyaan aneh yang terjadi di alam kita saat itu. Secara sederhana, relativitas artinya sifat-sifat konstan dari hukum fisika dapat berlaku universal atau di mana saja.
Menurut pendapat Einstein, bagi semua pengamat, baik itu bergerak atau tidak, yang mutlak adalah kecepatan cahaya dan hukum fisika. Sehingga, berdasarkan teori relativitas tersebut, ruang dan waktu dapat dibengkokan. Penemuan teori relativitas dibagi menjadi dua, yakni teori relativitas khusus dan teori relativitas umum.
Teori relativitas khusus
Teori relativitas khusus memiliki dua postulat atau konsep, yaitu.
- Hukum fisika berlaku untuk setiap objek dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap (inersia) terhadap yang lain. Artinya pada setiap kerangka acuan yang konstan (bergerak konstan atau tidak bergerak sama sekali) hukum fisika memiliki bentuk yang sama.
- Kelajuan cahaya dalam ruang hampa selalu sama untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya (dengan kecepatan cahaya c = 3×108 m/s).
Berdasarkan kedua postulat tersebut, Einstein mengatakan bahwa tidak ada benda bermassa yang dapat menempuh atau menyamai kecepatan cahaya. Dengan demikian, teori ini menyebabkan perubahan persepsi terhadap hal-hal yang ada setiap harinya, seperti relativitas kecepatan, pemuaian waktu, kontraksi Lorentz, serta relativitas massa dan energi.
1. Relativitas kecepatan
Relativitas kecepatan dapat dimisalkan seperti berikut.
“Jika ada sebuah pesawat (acuan O’) yang bergerak dengan kecepatan v terhadap bumi (acuan O) dan pesawat melepaskan bom (benda) dengan kecepatan tertentu, kecepatan bom tidaklah sama jika dilihat oleh orang di Bumi dan orang di pesawat.”
2. Relativitas waktu
Relativitas waktu juga dikenal sebagai dilatasi waktu atau pemekaran waktu merupakan dampak dari teori yang menyatakan bahwa ruang dan waktu itu relatif. Dilatasi waktu terjadi karena adanya perbedaan gerak antara kedua pengamat terhadap ruang dan waktu. Teori relativitas Einstein tentang waktu adalah perbedaan selang waktu yang diamati oleh pengamat diam dan selang waktu yang diamati oleh pengamat bergerak dengan kecepatan v.
3. Kontraksi Lorentz
Menurut teori relativitas, ruang dan waktu tidaklah konstan. Oleh karena itu, benda yang memiliki panjang L0 akan teramati sebesar L oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan benda tersebut dengan kecepatan v. Semakin besar kecepatan pengamat, semakin pendek pula benda akan terlihat dari panjang aslinya.
4. Relativitas massa dan energi
Relativitas massa dan energi sama seperti ruang dan waktu, yakni massa benda yang diamati pengamat diam akan berbeda dengan massa benda yang diamati oleh pengamat bergerak dengan kecepatan v.
BACA JUGA: Rumus Prisma Segitiga Beserta Sifat-Sifat & Contoh Soalnya
Teori relativitas umum
Teori relativitas umum berhubungan dengan teori gravitasi yang dinyatakan oleh Newton. Newton menyebut bahwa gravitasi adalah gaya yang tidak tampak yang menarik objek satu sama lain. Tapi melalui teori Einstein, gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa suatu benda.
Di dalam ruang-waktu, keberadaan massa akan melengkungkan ruang-waktu, dan objek-objek di sekitar massa tersebut akan bergerak mengikuti kelengkungan ruang-waktu tersebut. Kelengkungan tersebut berefek pada waktu, dimana semakin besar gravitasi maka waktu akan berjalan semakin lambat di lengkungan ruang-waktu tersebut.
Rumus relativitas
Berikut adalah beberapa rumus relativitas yang dapat Sedulur pahami lebih dalam.
1. Relativitas kecepatan
Kecepatan relatif memiliki persamaan seperti berikut.
vx = kecepatan benda relatif terhadap pengamat diam (m/s)
v’x = kecepatan benda relatif terhadap pengamat bergerak (m/s)
v = kecepatan pengamat bergerak (O’) relatif terhadap pengamat diam (O)
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
2. Relativitas waktu
Relativitas waktu rumusnya adalah sebagai berikut.
Δt = selang waktu yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v
Δt0 = selang waktu yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
3. Kontraksi Lorentz
Kontraksi Lorentz dapat dirumuskan sebagai berikut.
L = panjang benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v
L0 = panjang benda yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
4. Relativitas massa dan energi
m = massa benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v
m0 = massa benda yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
Dalam mekanika relativistik, energi benda bermasa m0 (keadaan diam) dengan kecepatan v dapat dirumuskan sebagai berikut.
Energi total benda yang bermassa dapat diperoleh dengan rumus berikut.
E = E0 + Ek , di mana E0 adalah energi diam (E = m0c2)
Berdasarkan penjabaran di atas, benda yang memiliki massa m mempunyai energi sebesar:
E=mc2
Persamaan tersebut merupakan salah satu rumus yang paling terkenal hingga saat ini. Rumus ini pulalah yang menjadi dasar bagi pengembangan bom nuklir, karena massa diasumsikan sebagai bentuk energi yang terkonsentrasi sehingga dapat berubah bentuk, terutama dengan reaksi berantai nuklir (nuclear chain reaction).
BACA JUGA: Konduksi: Pengertian, Ciri-Ciri, Perbedaan dan Contohnya
Manfaat
Beberapa manfaat teori relativitas dalam kehidupan sehari-hari adalah.
1. Elektromagnetik
Saat melakukan looping dari sebuah kawat dan memindahkannya ke medan magnet, maka akan menghasilkan arus listrik. Partikel-partikel yang bermuatan listrik akan dipengaruhi medan magnet dan akhirnya memaksa partikel tersebut untuk berubah dan bergerak menciptakan arus listrik.
Akan tetapi, saat kawat tersebut tidak digerakan, maka partikel di kawat (elektron dan proton) tidak lagi bergerak dan medan magnet juga dianggap tidak mempengaruhi partikel tersebut. Namun, masih ada arus listrik yang tercipta. Artinya, tidak kerangka acuan yang spesifik mempengaruhi timbulnya arus listrik tersebut.
Prinsip utama dari generator listrik yaitu, siapa pun yang menggunakan listrik dalam kehidupan sehari-hari, maka sebenarnya Ia telah merasakan efek relativitas.
2. GPS
Manfaat selanjutnya adalah adanya GPS yang begitu akurat dalam mengukur jarak dan perkiraan waktu. Sistem pada GPS bekerja dengan menggunakan satelit yang mentransfer data dan informasi pada stasiun penangkap sinyal di bumi dan kemudian mengirimkannya pada teknologi GPS. Dengan adanya GPS, manusia dapat melakukan perkiraan dan perhitungan lokasi dengan akurat, sehingga berdampak besar pada alat transportasi seperti mobil, kereta hingga pesawat.
3. Kemajuan dalam bidang kimia
Relativitas juga membantu kemajuan ilmiah dalam ilmu kimia. Hal ini dibuktikan dengan adanya penemuan merkuri serta penemuan logam cair. Berdasarkan relativitas, adanya pengaruh kecepatan dan massa pada merkuri yang terikat dengan atom pembentuknya, maka akan menyebabkan senyawa meleleh dan mencair meskipun dalam suhu normal.
4. Teknologi nuklir
Teknologi nuklir merupakan teknologi yang berlandaskan teori relativitas, seperti pada mesin nuklir, tenaga nuklir, dan bom atom. Reaksi nuklir terjadi dari adanya perpecahan inti atom secara berantai yang menembakkan neutron berkali-kali. Reaksi ini juga dirumuskan dengan E = MC2
5. Televisi analog
Manfaat teori relativitas selanjutnya adalah adanya TV yang dapat menayangkan siaran dengan gambar dan suara. TV tabung atau analog merupakan TV yang masih menggunakan sinar katoda yang mentransfer elektron pada fosfor bermagnet. Elektron yang ada menciptakan pixel warna pada layar televisi dengan 30 persen kecepatan cahaya, sehingga dapat memunculkan gambar.
BACA JUGA: Rumus Besaran Vektor Dalam Fisika Beserta Contoh Soalnya
Pembuktian
Pembuktian teori relativitas dapat dilihat pada beberapa fenomena alam yang terjadi di semesta. Berikut adalah beberapa pembuktian tersebut.
a. Adanya lubang hitam
Seorang ilmuwan Schwarzschild pada sekitar tahun 1915 mulai memecahkan masalah melalui persamaan medan Einstein yang menjelaskan bahwa adanya geometri ruang waktu yang berada di sekitar bintang. Bintang ini juga memiliki kerapatan yang amat tinggi dengan gravitasi yang super besar.
Kuatnya gravitasi bintang tersebut dapat melengkungkan ruang waktu sehingga membuat semua benda dan cahaya tidak dapat keluar dari sana. Para astronom kemudian memperkirakan letak sebuah lubang hitam dengan gravitasi tinggi melalui perubahan sifat material langit di sekitarnya.
b. Teori ledakan besar
Para ilmuwan memprediksi bahwa alam semesta itu berawal dari sebuah benda yang sangat padat dan super panas yang kemudian meledak. Hal ini sesuai dengan teori relativitas umum yang menunjukan bahwa alam semesta melakukan pemuaian menjadi material yang lebih kecil dan bergerak semakin menjauh. Perkiraan ini dibuktikan oleh Edwin Hubble yang mengamati sebuah nebula spiral pada galaksi Bima Sakti dimana nebula tersebut bergerak, bergeser dan memuai.
3. Gelombang gravitasi
Berdasarkan teori relativitas umum, saat sebuah benda bermassa sangat besar dan bergerak dipercepat, maka akan terbentuk riak kecil pada ruang waktu di sekitarnya dan menjalar menjauhi benda tersebut. Riak pada ruang waktu inilah yang disebut sebagai gelombang gravitasi dengan laju penjalaran sama dengan laju cahaya, yaitu tiga ratus ribu kilometer per detik.
Penemuan gelombang gravitasi semakin mengukuhkan teori relativitas umum Einstein yang ada sejak 100 tahun sebelumnya. Gelombang gravitasi dari tabrakan dua lubang hitam dan tabrakan bintang neutron akhirnya berhasil dideteksi LIGO dan VIRGO pada tahun 2015.
Sekian informasi mengenai teori relativitas beserta manfaat dan pembuktiannya. Semoga dengan adanya informasi ini dapat membantu Sedulur dalam mempelajari ilmu fisika lebih baik lagi. Selamat belajar!
Mau belanja bulanan nggak pakai ribet? Aplikasi Super solusinya! Mulai dari sembako hingga kebutuhan rumah tangga tersedia lengkap. Selain harganya murah, Sedulur juga bisa merasakan kemudahan belanja lewat handphone. Nggak perlu keluar rumah, belanjaan pun langsung diantar.
Bagi Sedulur yang punya toko kelontong atau warung, bisa juga lho belanja grosir atau kulakan lewat Aplikasi Super. Harga dijamin lebih murah dan bikin untung makin melimpah.
