Sains-Inreligion

بِسْمِ اللَّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيمِ

Memahami Maksud Einstein

Posted by agorsiloku pada Agustus 24, 2006

Sumber : Kompas (21 Januari 2006)

T. Mart (Fisika UI)

Peringatan satu abad annus mirabilis Einstein berakhir. Cukup banyak kegiatan merayakan tahun lahirnya teori relativitas khusus serta efek fotolistrik yang akhirnya mengantarkan ia menjadi penerima Nobel Fisika tahun 1921. Namun, mungkin, karena dampak psikologis teori relativitas khusus pada masyarakat awam jauh lebih besar, Einstein selalu diidentikkan dengan teori tersebut.

Sisi lain, secara matematis teori relativitas khusus (TRK) mampu dinyatakan dengan persamaan matematis sederhana, tidak seperti teori relativitas umum (TRU) yang menuntut pengetahuan kalkulus tensor yang begitu rumit. Menyadari sambutan masyarakat, Einstein menulis sebuah buku ilmiah populer berjudul Relativitas, Teori Khusus dan Umum. Buku asli ditulis dalam bahasa Jerman pada tahun 1916 dan diterjemahkan ke dalam bahasa Inggris oleh RW Lawson pada tahun 1920. Buku versi terjemahan ini kemudian diterjemahkan oleh Prof Liek Wilardjo ke dalam bahasa Indonesia.

Buku ini terdiri dari 32 bab kecil yang disusun menjadi tiga bagian. Pada bagian akhir diberikan lima lampiran teknis, tetapi menarik bagi pembaca yang ingin mendalami TRK dan TRU. Lampiran kelima baru ditambahkan Einstein pada tahun 1952 yang memaparkan persoalan ruang dari sudut pandang relativistik. Persoalan ruang ini mencuat karena TRU menyimpulkan bahwa ruang kosong tidak bermakna, persis seperti kerisauan filsuf Descartes dahulu kala.

Alam relativitas

TRK merupakan bagian paling sederhana meski banyak menyita halaman buku ini. Einstein mulai dengan mengembalikan ingatan pembaca pada kemegahan bangunan geometri Euklidesan, yang menggarap definisi “garis lurus” sebagai penghubung dua titik pada benda tegar. Tentu saja pertanyaan tentang “kebenaran” tidak mudah untuk dijawab karena geometri ini disandarkan pada dalil-dalil sederhana (aksioma) yang sudah dianggap benar. Dalil-dalil lain diperlihatkan mengikuti aksioma ini, sementara anggapan benar itu sendiri disandarkan semata-mata pada pengalaman yang diakui kurang lengkap. Kini kita mengerti bahwa dua buah titik di permukaan bola tidak dihubungkan secara unik oleh sebuah garis lurus, melainkan oleh sebuah garis lengkung.

Selanjutnya pembaca disuguhi dengan konsep sistem koordinat umum dan Galilean. Yang terakhir ini merupakan “rumah” bagi hukum-hukum mekanika Galilei-Newton. Para pembaca mungkin ingat hukum kelembaman, yaitu suatu benda yang sangat terpencil dari benda-benda lain akan terus berada dalam keadaan rihat atau bergerak dengan kelajuan tetap pada garis lurus. Einstein mengajak pembaca masuk ke alam relativitas melalui eksperimen penumpang kereta api yang menjatuhkan batu ke tepi landasan rel. Pelaku tindakan “nakal” ini melihat bahwa batu tersebut bergerak lurus hingga jatuh ke tanah. Namun, pengamat di luar kereta melihat batu bergerak dalam lintasan parabola. Kedua pengamatan berbeda ini menghancurkan konsep sistem koordinat mutlak. Si pelaku menggunakan sistem koordinat dengan kereta api sebagai acuan, sedangkan pengamat di luar menggunakan tepi landasan rel sebagai acuan. Eksperimen ini mengantarkan kita pada kesimpulan bahwa konsep ruang yang di dalamnya kita dapat menjelaskan segala bentuk gerak secara unik menjadi semakin kabur dan semakin kehilangan makna. Apa yang masih dapat diterima hanyalah gerak relatif sistem koordinat.

Andaikan masinis menjalankan kereta dengan kecepatan v dan menyalakan lampu lokomotif (yang, jika kita mengabaikan indeks bias udara, memiliki kecepatan c atau sama dengan 300.000 km per detik relatif terhadap lokomotif), pengamat di luar kereta seharusnya mencatat kecepatan cahaya lampu tadi adalah v + c. Padahal eksperimen yang dilakukan oleh De Sitter, seorang astronom Belanda, memperlihatkan bahwa cepat rambat cahaya selalu sama dengan c, tidak bergantung pada gerak sumbernya. Hal ini sesuai dengan prinsip relativitas: tidak ada kerangka acuan yang diutamakan atau dengan kata lain hukum-hukum fisika di kedua kerangka acuan harus sama. Ketidakcocokan antara kedua pengamatan tadi mendorong Einstein menelaah kembali hasil penelitian Lorentz yang menyimpulkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa selalu sama dengan c. Usaha keras ini mengantarkannya pada transformasi Lorentz, penghubung posisi sebuah titik pada dua kerangka acuan.

Aplikasi transformasi Lorentz melahirkan formula penjumlahan kecepatan yang ternyata sesuai dengan teorema penambahan kecepatan Fizeau. Formula ini membatasi kecepatan total maksimal sebesar c sehingga kecepatan cahaya selalu sama dengan c tanpa mengindahkan gerak sumber. Transformasi Lorentz berhasil memecahkan problem ini, tetapi “biaya” yang harus dibayar tidak murah: waktu haruslah tidak lagi bersifat tegar, melainkan menjadi variabel elastik yang dapat berubah sesuai dengan kecepatan relatif kedua kerangka acuan. Lebih akurat jika dikatakan bahwa waktu tidak lagi memainkan peranan sebagai variabel independen, melainkan telah terkopel ke dalam ruang. Ruang dan waktu bersatu. Rumusan massa dan energi yang sebelumnya terpisah juga menjadi satu, formula E=mc2 dapat langsung diturunkan dari transformasi tersebut.

Warisan ilmiah

Dalam buku ini terasa sekali jika pembahasan TRU kurang memadai karena perumusan matematis nyaris dihilangkan. TRU dimulai dengan mengamati akibat dari konsep massa lembam sama dengan massa gravitasi. Contoh menarik di sini adalah eksperimen gedanken pada seorang pengamat yang berada di ruang kosong, terpencil dari semua benda bermassa. Karena tidak ada medan gravitasi yang bekerja, pengamat ini harus menambatkan diri pada salah satu sisi dinding ruang agar tidak melayang dan membentur dinding lain. Ruang tersebut kemudian secara perlahan ditarik ke atas dengan percepatan tertentu. Tentu saja pengamat mulai merasakan percepatan dan dia (karena tidak mengetahui bahwa ruang itu ditarik dengan suatu percepatan) menyimpulkan adanya medan gravitasi. Jika ia melepaskan sepotong besi, besi itu ia lihat jatuh ke lantai dengan percepatan tertentu. Namun, pengamat di luar ruang akan tersenyum melihat “kekeliruan” yang dibuat pengamat di dalam ruang.

Apa yang diukur oleh pengamat di dalam ruang sebagai massa gravitasi terlihat oleh pengamat di luar sebagai massa lembam. Einstein menyatukan kedua pengamatan tersebut dalam TRU dan menunjukkan bahwa hanya koordinat Gaussan yang tepat untuk itu. Salah satu konsekuensi TRU adalah ramalan gerak perihelion Merkurius sebesar 43 sekon-busur per seratus tahun, suatu fenomena yang sudah teramati setengah abad sebelumnya oleh Leverrier dan Newcomb. Pembelokan cahaya bintang oleh medan gravitasi matahari juga diramalkan oleh TRU. Pembelokan ini dibuktikan oleh astronom Inggris terkenal saat itu. Selain itu, pergeseran merah akibat medan gravitasi bintang yang sangat kuat juga terkuak oleh TRU.

Teori gravitasi Newton menuntut adanya semacam pusat kerapatan jagat raya, sementara pengamatan modern memperlihatkan bahwa kerapatan tersebut relatif konstan. Di sinilah TRU mengambil alih tugas teori Newton karena menurut TRU sifat-sifat geometri ruang tidaklah bebas, tetapi ditentukan oleh materi.

Bagi saya sendiri, buku yang tebalnya “hanya” 198 halaman ini tidak mudah untuk dipahami dengan “sekali baca”. Wajar jika Einstein dalam pendahuluannya menyatakan bahwa buku ini menuntut kesabaran dan kemauan keras pembaca. Meski demikian, saya setuju bahwa buku ini merupakan warisan ilmiah yang cukup penting karena ditulis langsung oleh penggagas teori relativitas.

Iklan

Satu Tanggapan to “Memahami Maksud Einstein”

  1. dhany said

    terimakasih atas informasinya. saya baru saja beli buku tersebut dan memang agak sulit dipahami.

    Suka

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

 
%d blogger menyukai ini: