Teori relatifitas
Pengertian
Teori
Relativitas Einstein adalah teori yang sangat terkenal, tetapi sangat sedikit
yang kita pahami. Utamanya, teori relativitas ini merujuk pada dua elemen
berbeda yang bersatu ke dalam sebuah teori yang sama: relativitas umum dan
relativitas khusus. Theori relativtas khusus telah diperkenalkan dulu, dan
kemudian berdasar atas kasus-kasus yang lebih luas diperkenalkan teori
relativitas umum.
Konsep teori relativitas
- Teori relativitas khusus
Einstein-tingkah laku benda yang terlokalisasi dalam kerangka acuan
inersia, umumnya hanya berlaku pada kecepatan yang mendekati kecepatan
cahaya.
- Transforasi Lorentz-persamaan
transformasi yang digunakan untuk menghitung perubahan koordinat benda
pada kasus relativitas khusus.
- Teori relativitas umum
Einstein-Teori yang lebih luas, dengan memasukkan graviti sebagai fenomena
geometris dalam sistem koordinat ruang dan waktu yang melengkung, juga
dimasukkan kerangka acuan non inersia (misalnya, percepatan).
- Prinsip relativitas fundamental.
- Rumus teori relativitas
- Kecepatan A menurut B:
Dengan titik O adalah sebuah acuan yang berada di antara A dan B.
Keterangan:
- VAB: Kecepatan benda A relatif terhadap kecepatan benda B.
- VAO: Kecepatan benda A relatif terhadap acuan O.
- VOB: Kecepatan benda B relatif terhadap acuan O.
- c: kecepatan cahaya (3 x 108 m/s2)
Ada besaran yang gunanya untuk menghitung dilatasi waktu, panjang, dan massa.
Dilatasi panjang:
Keterangan:
- L0: Panjang awal benda.
Dilatasi waktu:
Keterangan:
- t0: waktu dalam acuan pengamat yang diam.
- t: waktu dalam acuan pengamat yang bergerak.
Dilatasi massa:
Energi kinetik relativistik:
Pengenalan tentang relativitas khusus
Pada tahun 1905, albert eintein mempubilkasikan
(bersama dengan makalah lainnya) makalah yang berjudul, “On the Electrodynamics of Moving
Bodies” atau dalam bahasa indonesianya kurang lebih
demikian,”Elektrodinamika benda bergerak” dalam jurnal Annalen der physik.
Makalah yang menyajikan teori relativitas khusus, berdasarkan dua postulat
utama:
Postulat Einstein
Prinsip relativtas (pestulat pertama):
Hukum-hukum fisika adalah sma untuk setiap kerangka acuan
Prinsip kekonstanan kecepatan cahaya
(postulat kedua): Cahaya dapat merambat dalam vakum (misalnya, ruang
vakum, atau “ruang bebas”), kecepatan cahaya dinotasikan dengan c, yang konstan
terhadap gerak benda yang meiliki radiasi.
Efek
dari Relativitas Khusus
- Relativitas khusus menghasilkan
beberapa konsekuensi dari penggunaan transformasi Lorentz pada kecepatan
tinggi (mendekati kecepatan cahaya). Diantaranya adalah :
- Dilatasi waktu (termasuk “paradok
kembar” yang terkenal)
- Konstraksi panjang
- Transformasi kecepatan
- Efek doppler relativistk
- Simultanitas dan sinkronisasi waktu
- Momentum relativistik
- Energi kinetik relativistik
- Massa relativistik
- Energi total relativistik
Pembuktian Relativitas Umum
Semua
temuan-temuan relativitas khusus juga mendukung relativitas umum, karena
teori-teori ini adalah konsisten. Relativitas umum juga menjelaskan semua
fenomena-fenomena mekanika klasik, yang juga konsisten. Selain itu, beberapa
temuan mendukung prediksi unik dari relaivitas umum:
- Presisi dari perihelion Merkurius
- Pembelokan gravitasi cahaya bintang
- Pelebaran alam semesta (dalam bentuk
konstanta kosmologis)
- Delay dari gema radar
- Radiasi Hawking dari black hole
Prinsip-Prinsip Fundamental dari Relativitas
- Prinsip umum relativitas:
Hukum-hukum fisika harus sama untuk setiap pengamat, terlepas dari mereka
dipercepat atau tidak.
- Prinsip kovarian umum: hukum-hukum
fisika harus memiliki bentuk yang sama dalam semua sistem koordinat.
- Gerak Inersia adalah gerak
geodesik: Garis dunia dari partikel yang tidak terpengarus oleh gaya-gaya
(yaitu gerak inersia) adalah bakal waktu atau null geodesik dari ruang
waktu. (ini berarti tangen vektornya negatif atau nol.)
- Invarian lokal Lorentz:
aturan-aturan dari relativitas khusus diaplikasikan secara lokal untuk
semua pengamat inersia.
- Lengkungan ruang-waktu: seperti
yang dijelaskan oleh persamaan medan Einstein, lengkungan ruang dan waktu,
sebagai responnya terhadap massa, energi, dan momentum menghasilkan
pengaruh gravitasional yang dilihat sebagai bentuk gerak inersia.
Relativitas Umum dan Konstanta Kosmologis
Pada 1922, para
ilmuwan menemukan bahwa aplikasi dari persamaan medan Einstein pada bidang
kosmologi menghasilkan perluasan alam semesta. Einstein percaya bahwa alam
semesta itu statis (dan karena itu pemikiran persamaannya menjadi salah),
penambahan konstanta kosmologis pada persamaan medan, yang memungkinkan hasil
statis.
Edwin Hubble,
pada 1929, menemukan bahwa terdapat pergesaranmerah dari bintang-bintang jauh,
yang menyiratkan bahwa bintang-bintang itu bergerak terhadap bumi. Alam semesta
tampaknya berkembang. Einstein menghilangkan kontanta kosmologis dari
persamaannya dan menyebutnya sebagai kesalahan terbesar dalam karirnya.
Pada 1990,
ketertarikan pada konstanta kosmologis kembali ada dalam bentuk dark energy.
Solusi untuk teori medan kuantum telah menghasilkan sejumlah besar energi dalam
ruang hampa kuantum yang berakibat pada percepatan perluasan alam semesta.
Relativitas Umum dan Mekanika Kuantum
Ketika para
fisikawan berupaya untuk menerapkan teori medan kuantum pada medan gravitasi,
hal-hal menjadi sangat kacau. Pada betuk matematis, kuantitas fisis terjadi
penyimpangan, atau hasil yang tak terhingga. Medan gravitasi di bawah
relativitas umum memerlukan koreksi angka tak terhingga atau “renormalisasi”,
konstanta-kontanta untuk penyesaiannya ke dalam persamaan yang terpecahkan.
Upaya untuk
memecahkan “masalah renormalization” terletak di jantung teori kuantum
gravitasi. Teori-teori gravitasi kuantum biasanya bekerja mundur, meramalkan
sebuah teori dan kemudian mengujinya dan bukan benar-benar mencoba untuk
menentukan konstanta yang tak terbatas diperlukan. Ini trik lama dalam fisika,
tapi sejauh ini tidak ada teori telah cukup terbukti.