Mengenal Teori Relativitas Khusus

Siapa yang tidak mengenal sosok seorang Albert Einstein? Saya meyakini bahwa banyak yang tidak asing dengan sosok yang satu ini. Banyak yang mengatakan salah satu manusia tercerdas diseputaran memasuki abad millennium. Ya, sosok pria sederhana yang satu ini memang cukup fenomenal. Bukan hanya terkenal dikalangan para pakar-pakar ilmu fisika semata, namun terkenal hingga ke berbagai kalangan.

Albert Einstein, salah seorang pakar fisika teoritis yang berani mendobrak kungkungan sejarah. Melalui beberapa teorinya, ia berhasil menggeser cara pandang para pakar-pakar fisika terhadap alam semesta dan interaksinya. Teori Relativitas, begitulah ia menyebutnya. Salah satu buah karya sang legenda yang hingga saat ini masih menjadi salah satu soko guru dalam perkembangan ilmu fisika.

Teori Relativitas bukan merupakan satu-satunya mahakarya seorang Albert Einstein. Sebelum ia merumuskan teori relativitasnya, ia terlebih dahulu mengejukan beberapa teori seperti gerak Brownian, dan juga efek foto-listrik. Dan perlu dicatat bahwa Einstein mendapatkan hadiah nobel fisika bukan karena teori relativitasnya, namun karena teori efek-foto listrik yang ia kembangkan.

Teori Relativitas sendiri terdiri atas dua jenis. Jenis pertama adalah Teori Relativitas Khusus yang dirumuskannya sekitar tahun 1905. Dan jenis kedua adalah Teori Relativitas Umum yang berhasil dirumuskan sekitar sepuluh tahun setelah kemunculan Teori Relativitas Khususnya.

Apa perbedaan antara Teori Relativitas Khsusus dan Teori Relativitas Umum yang dikemukakan oleh Einstein? Jawabnya sederhana, Teori Relativitas Khusus adalah teori fisis yang tidak menyertakan/melibatkan keberadaan medan gravitasi. Sedangkan Teori Relativitas Umum merupakan teori fisika yang berusaha menjelaskan berbagai fenomena dan interaksi fisika dengan serta melibatkan adanya medan-medan gravitasi. Selain perbedaan tersebut, masih terdapat satu lagi perbedaan mencolok antar kedua teori relativitas tersebut. Perbedaan itu terletak dalam pondasi matematis yang menjadi latar bagi kedua teori relativitas Einstein. Bentuk dan kajian dasar matematis dari teori relativitas umum jauh lebih rumit bila dibandingkan dengan pondasi matematis bagi teori relativitas khusus. Hal ini disebabkan karena studi terhadap teori relativitas umum melibatkan struktur geometri berupa keragaman ruang-waktu yang harus dikaji dengan menggunakan differensial geometri.

Tentu kita tidak akan membahas mengenai Teori Relativitas Umum pada bagian ini. Selain melibatkan pondasi matematis yang tidak biasa, penulis sendiri pun masih belum terlalu memiliki tingkat pemahaman yang mendalam terhadap Teori Relativitas Umum Einstein.

Teori Relativitas, sebenarnya bukan murni gagasan seorang Einstein. Hal ini dikarenakan sebelum Einstein merumuskan dan mengembangkan teori relativitasnya, teori relativitas telah dikenal terlebih dahulu. Salah satunya adalah teori relativitas yang diungkapkan oleh Gallileo. Hanya saja, teori relativitas tersebut hanya bekerja pada ranah kerangka  kerja berupa kecepatan benda-benda yang rendah, yakni jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan kecepatan cahaya. Sedangkan teori relativitas Einstein, merupakan teori relativitas yang melibatkan bentuk-bentuk kecepatan benda yang cukup tinggi yakni mendekati kecepatan cahaya.

Salah satu implikasi menarik dari Teori Relativitas Einstein, khususnya adalah teori relativitas khusus, adalah adanya hubungan korespondensi dengan teori relativitas Gallileo. Hal ini akan terjadi bila teori relativitas khusus Einstein digunakan untuk meninjau benda-benda dnegan kelajuan yang rendah, maka teori relativitas khusus Einstein akan kembali tereduksi menjadi teori relativitas Gallileo.

Teori Relativitas Khusus Einstein cukup menarik. Hal ini dikarenakan mengkaji benda-benda yang mengalami pergerakan dengan kecepatan yang cukup tinggi yakni mendekati kecepatan cahaya. Ternyata, terdapat beberapa implikasi yang cukup menarik ketika sebuah objek/benda mengalami pergerakan dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya. Beberapa implikasi menarik tersebut muncul dari teori relativitas khusus yang dikembangkan oleh Einstein.

Dalam teori relativitas khusus, dikenal dengan objek berupa transformasi Lorentz. Dua buah akibat yang cukup dasar dari adanya transformasi Lorentz adalah adanya kontraksi panjang(length contraction) dan juga efek pemuluran waktu(time dilation). Dua akibat tersebut dikaji dalam teori relativitas khusus.

  1. Kontraksi Penjang.

Ketika sebuah benda mengalami pergerakan dalam suatu ruang, maka menurut seorang pengamat yang diam akan melihat bahwa terdapatnya perbedaan panjang antara sebelum dan sesudah objek/benda tersebut bergerak.

Sebuah benda yang bergerak dengan kecepatan yang cukup tinggi, akan terlihat memiliki panjang yang lebih kecil bila dibandingkan dengan ketika objek tersebut berada pada keadaan diam.

Dari penurunan matematis dalam teori relativitas khusus, maka bentuk kontraksi panjang yang ada, akan memenuhi bentuk pengungkapan matematis berupa,

Dengan berdasar pada perumusan matematis tersebut, maka dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa ketika kelajuan yang dimiliki oleh benda tersebut adalah semakin besar maka, panjang dari objek yang bergerak tersebut akan semakin terlihat memendek.

  1. Pemuluran Waktu.

Dalam teori relativitas Einstein, ruang dan waktu tidak lagi menjadi dua buah besaran yang saling terpisah. Dalam pandangan Einstein, antara ruang dan waktu merupakan suatu entitas yang tidak terpisah antara satu dan yang lainnya. Tidak ada bentuk waktu mutlak maupun ruang mutlak. Pandangan tersebut bergeser menjadi pandangan berupa struktur ruang-waktu manunggal yang relatif terhadap pengukuran.

Salah satu implikasi dari transformasi Lorentz dalam teori relativitas khusus adalah adanya efek pemuluran waktu.

Adanya implikasi berupa efek pemuluran waktu, memberikan suatu penerapan yang menarik dalam penijauan teori relativitas khusus. Penerapan tersebut adalah Paradoks Kembar.

Paradoks Kembar(paradox Jam) merupakan salah satu persolan yang cukup membingungkan dalam teori relativitas khusus.  Kasus paradoks kembar kurang lebih dapat dinyatakan dalam pengungkapan berikut: katakanlah terdapat dua orang kembar identik bernama Jane dan Mary. Dalam suatu proyek, Mary terpilih untuk melakukan perjalanan ke sebuah Planet X sementara saudara kembarnya si Jane tetap berada di Bumi. Dalam perjalanannya menuju ke Planet X, Mary menggunakan sebuah pesawat ruang angkasa berteknologi tinggi yang mampu bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya sehingga akan memunculkan efek relativitas. Sesaat setelah mencapai Planet X, Mary langsung bergerak kembali menuju ke Bumi dengan kecepatan pesawat yang sama lalu bertemu dengan saudara kembarnya si Jane.

Setelah Mary mengalami perjalanan dengan efek relativitas, maka apa yang akan terjadi setelah ia kembali bertemu dengan Jane si saudara kembarnya?

Menurut teori relativitas khusus, ketika Mary bergerak secara relatif terhadap Jane, maka selang waktu dalam kerangka inersial Mary akan mengalami pemuluran sebesar ϒ yang akan memenuhi

Jadi, menurut teori relativitas khusus, pada akhir perjalanan, Mary akan lebih muda bila dibandingkan dengan saudara kembarnya si Jane.

Paradoks akan muncul dari adanya kenyataan terhadap peninjaun bahwa(tentu saja dengan mengabaikan selang waktu antara saat Mary dipercepat dan diperlambat), Mary mengkalim bahwa ia berada dalam kerangka inersial, dan selanjutnya, dari prinsip teori relativitas, maka Mary dapat mengklaim bahwa ia berada pada keadaan diam dan saudaranyalah yang bergerak secara relativistik. Jika demikian, maka dengan yakin bahwa Mary dapat menyatakan bahwa Jane lah yang mengalami efek relativistik berupa pemuluran waktu, sehingga ia akan mengklaim bahwa saudara kembarnya, si Jane yang akan lebih muda ketika keduanya bertemu. Manakah yang benar? Inilah yang biasa dikenal dengan paradoks kembar dalam fisika.

Advertisements

Mari Berbagi Pemikiran :)

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s