Itu kata-kata
Einstein saat teori yang dihasilkannya ternyata berhasil menggulingkan
teori Isaac Newton, seorang fisikawan legendaris, yang teorinya
dipercaya oleh dunia sebelum munculnya teori Einstein yang
mengobrak-abrik semuanya. Albert Einstein membuat heboh dengan Teori
Relativitas Khusus (The Special Theory of Relativity) yang ditelorkannya
pada tahun 1905. Sebentar lagi, teori yang pernah mengagetkan dunia ini
akan merayakan ulang tahunnya yang ke-100! Perayaan
seabadnya (Centenary) teori si jenius Albert Einstein ini bisa dilihat
dari ramainya majalah-majalah ilmiah yang mulai membahas kembali teori
yang sudah mengguncang dunia selama seratus tahun ini. Tahun 2005 bahkan dicanangkan sebagai The World Year of Physics untuk mengenang kebesaran Einstein. Apa
sih istimewanya teori ini? Koq seluruh dunia begitu heboh merayakan
kelahirannya ini? Yuk, kita ikut dalam gosip seru tentang apa yang
menjadi dasar lahirnya teori ini...
Seorang
ahli matematika dari Perancis, Jules Henri Poincaré, pernah mengajukan
perumpamaan berikut. Di suatu malam, kita sedang asyik tidur dengan
lelap di tempat tidur kita yang nyaman. Tiba-tiba seluruh jagad raya
mengembang sehingga ukurannya menjadi seribu kali lebih besar dari
ukuran semula. Seluruh jagad raya ini maksudnya semua benda di bumi dan
di luar bumi, mulai dari benda-benda mati sampai semua jenis makhluk
hidup, termasuk kita sendiri yang sedang lelap tertidur. Karena kita
sedang asyik bermimpi, kita tidak menyadari kejadian ini. Sewaktu kita
terbangun di pagi harinya, apa kita bisa merasakan bahwa semuanya sudah
menjadi lebih besar? Apa kita bisa merasakan perbedaannya? Kalaupun kita
diberi tahu bahwa ada kejadian menghebohkan tersebut saat kita
tertidur, apakah ada yang bisa membuktikannya? Pasti kita tidak
merasakan perbedaan apa pun walaupun seluruh jagad raya kini sudah
berubah ukurannya. Ini karena semuanya ikut berubah sehingga tidak ada
satu pun yang bisa dijadikan patokan untuk mengukur terjadinya perubahan
tersebut. Karena itu, kita juga tidak mungkin bisa membuktikan bahwa
seluruh jagad raya ini kini telah menjadi seribu kali lebih besar. Semua
terlihat sama. Lain halnya jika hanya tubuh kita yang tiba-tiba menciut
menjadi sangat kecil (ingat film fiksi Honey, I Shrunk the Kids!),
sedangkan seluruh jagad raya tetap pada ukurannya semula. Tidak ada satu
pun yang berubah ukuran kecuali tubuh kita sendiri. Wah, sudah pasti
kita langsung panik karena kita bisa langsung merasakan perbedaan itu.
Kita langsung tahu apa yang terjadi karena kita bisa melihat bahwa
sekeliling kita tiba-tiba tampak seperti raksasa. Baju yang kita pakai
tiba-tiba kedodoran, dan cincin yang biasa melingkar manis di jari kita
tiba-tiba tampak seperti lingkaran raksasa yang berat dan menyeramkan
karena hampir jatuh menimpa tubuh kerdil kita itu. Tetapi, apakah itu
berarti bahwa tubuh kita yang mengecil, atau sekeliling kita yang
tiba-tiba membesar? Hmm... bingung juga ya!
Bagaimana cara
kita menentukan mana yang besar dan mana yang kecil? Apakah planet bumi
yang kita tempati ini bisa disebut berukuran besar? Kalau dibandingkan
dengan ukuran bola basket yang biasa kita mainkan di sekolah, tentu saja
planet bumi ini tampak seperti bola raksasa yang sangat besar! Tetapi kalau kita bandingkan dengan matahari, planet bumi ini termasuk kecil! Jadi,
yang mana yang benar? Besar atau kecil? Tidak ada yang benar, dan tidak
ada yang salah! Itulah letak permasalahannya. Ukuran tidak bisa
dinyatakan secara absolut. Untuk mengukur sesuatu kita perlu sesuatu
yang lain sebagai perbandingannya. Ini berarti bahwa ukuran (orang
fisika lebih senang menyebutnya sebagai: Length) selalu bersifat
relatif, tidak ada yang mutlak berukuran besar ataupun kecil.
Sekarang kita coba lihat kasus lain. Masih
ingat cerita si Kancil yang gesit dan lincah? Kancil bisa berlari
sangat cepat. Tunggu dulu! Apa benar kancil itu cepat? Kalau
dibandingkan dengan siput, sudah pasti si kancil terlihat sangat cepat.
Kalau dibandingkan dengan juara olimpiade pun kancil masih terlihat
sangat cepat. Tetapi kalau kita bandingkan dengan pesawat terbang, tentu
saja si kancil jadi terlihat begitu lambat. Apa ini berarti pesawat
terbang itulah yang cepat? Tidak juga! Kalau kita lihat roket yang
meluncur ke luar angkasa, kita bisa langsung tahu bahwa roket itu jauh
lebih cepat dari pesawat terbang biasa. Ini berarti, kecepatan pun
merupakan sesuatu yang relatif. Kita juga bisa membuktikan ini saat kita
sedang mengantar saudara kita yang akan pergi ke luar kota naik kereta
api cepat. Sewaktu kereta mulai meluncur, kita melihat saudara kita itu
melesat dengan cepat. Tetapi di dalam kereta itu sendiri, orang yang
duduk di sebelah saudara kita itu melihat bahwa saudara kita itu duduk
diam dan tenang di sebelahnya. Jadi, bagi kita yang sedang berada di
luar kereta yang sedang meluncur itu, saudara kita memang terlihat
bergerak dengan cepat. Tetapi bagi semuanya yang ada di dalam kereta, ia
terlihat sedang diam. Jadi, waktu (Time) tidak mempunyai nilai absolut,
sama seperti ruang (Space). Semuanya harus selalu dibandingkan dengan
sesuatu yang bisa dijadikan patokan. Misteri inilah yang diutak-atik
oleh otak jenius Einstein sehingga melahirkan teori relativitasnya yang
terkenal itu. Semua hal yang tampak sebagai sesuatu yang absolut ternyata merupakan sesuatu yang relatif.
Ada
dua postulat dalam teori relativitas khusus ini. Yang pertama menyatakan
bahwa semua hukum fisika yang berlaku di bumi, berlaku juga di seluruh
jagad raya. Yang kedua menyatakan bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa
selalu konstan (sekitar tiga ratus juta meter per detik, atau sering
ditulis dalam bentuk kerennya: 3.108 meter per detik).
Postulat yang kedua ini menunjukkan bahwa bagaimanapun cara kita
mengukurnya, kecepatan cahaya tidak pernah berubah. Apa pun patokan yang
kita gunakan untuk mengukur kecepatan cahaya, di mana pun posisi kita
saat mengukur, dan berapa pun kecepatan kita (apakah kita sedang
bergerak atau sedang duduk diam) saat mengukur, kecepatan cahaya selalu
konstan. Ini menunjukkan bahwa kecepatan cahaya merupakan satu-satunya yang bersifat absolut. Postulat
yang pertama pun menyatakan bahwa kondisi ini selalu berlaku di mana
pun juga. Ini berarti, jika kita mengukur kecepatan cahaya di galaksi
lain, kita tetap mendapatkan hasil yang sama, yaitu tiga ratus juta
meter per detik!
Postulat-postulat
Einstein ini ternyata memberi dampak besar bagi dunia. Ia pernah
mencoba menjelaskan efek yang dihasilkan dari teorinya ini dalam
perumpamaan berikut. Misalnya
ada sebuah kereta yang sedang meluncur cepat. Si A sedang duduk dengan
tenang dalam salah satu gerbong kereta itu. Si B sedang berdiri diam di
luar kereta dan mengamati kereta yang meluncur di depannya itu. Sewaktu
gerbong kereta yang dinaiki si A meluncur tepat di depannya, tiba-tiba
ada kilat menyambar di dua tempat yang berbeda. Kilat pertama menyambar
100 meter di sebelah kanan B, sedangkan kilat yang satunya lagi
menyambar 100 meter di sebelah kiri B. Saat kedua kilat menyambar,
posisi A tepat di depan B. Karena si B sedang berdiri diam di luar
kereta yang sedang meluncur, si B melihat kedua kilat itu menyambar pada
saat yang bersamaan. Tetapi lain halnya dengan si A. Si A yang sedang
berada di dalam kereta yang meluncur cepat (ke arah kanan si B) melihat
kedua kilat menyambar satu per satu. Kilat yang pertama terlihat lebih
dulu, beberapa saat kemudian baru kilat yang kedua terlihat oleh A.
Padahal jarak A terhadap kilat pertama dan kedua sama dengan jarak B
terhadap kedua kilat itu. Perbedaan ini disebabkan bedanya kerangka acuan A dan B (frame of reference). Si
A sedang ‘meluncur’, sedangkan si B sedang berdiri ‘diam’. Karena si A
sedang bergerak menuju kilat yang pertama, tentu saja kilat yang pertama
itu terlihat lebih dulu. A bergerak menjauhi kilat yang kedua, sehingga
kilat yang kedua tampak menyambar sesudah kilat yang pertama. Bagi si B
yang sedang diam dan tidak mendekati maupun menjauhi kedua kilat itu,
keduanya tampak menyambar pada waktu yang bersamaan. Yang mana yang
benar? Keduanya benar! Tidak ada yang salah. Karena itulah ini dinamakan
relativitas. Semua bergantung pada kerangka acuan yang digunakan. Dan
apa pun kerangka acuannya, hukum-hukum fisika yang sama selalu berlaku
(postulat 1). Sekarang jika si A dan si B sama-sama diminta untuk
menghitung kecepatan cahaya, apa hasilnya akan berbeda? Tidak! Walaupun
si A sedang bergerak dan si B sedang diam, keduanya akan mendapati bahwa
kecepatan cahaya tetap tiga ratus juta meter per detik.
Ada konsekuensi dari teori relativitas ini. Yang
paling terkenal adalah mulurnya waktu dan kontraksi panjang. Mulurnya
waktu, atau bahasa kerennya Time Dilation, ini maksudnya bahwa jika
suatu jam bergerak dengan kecepatan tertentu, waktunya akan memuai
(mulur). Misalnya ada seorang astronot yang membawa jam tangannya saat
menjalankan misi ke luar angkasa. Pesawat luar angkasa yang membawanya
meluncur sangat cepat. Jika kita, yang berada di bumi, punya teropong
yang sangat sensitif dan bisa melihat ke dalam pesawat yang sedang
meluncur cepat itu, kita bisa menggunakan teropong itu untuk mengintip
jam tangan si astronot. Sebelum si astronot berangkat kita sudah
menyesuaikan jam tangan itu dengan jam tangan yang kita gunakan di bumi.
Aneh, di jam tangan si astronot yang sedang meluncur di luar angkasa
itu koq lebih lambat dibanding jam tangan kita di bumi? Padahal sebelum
ia berangkat kedua jam sudah dicocokkan dan si astronot tidak
mengubahnya sama sekali sejak keberangkatannya itu. Jarum detiknya
tampak bergerak lebih lambat dibanding jarum detik di jam tangan kita.
Inilah yang disebut dengan waktu yang mulur saat bergerak pada kecepatan
tinggi. Semakin besar kecepatan gerak suatu benda atau partikel, waktu
akan berjalan semakin lambat bagi benda atau partikel tersebut! Tentu
saja hal ini tidak dirasakan oleh si astronot. Menurut si astronot, jam
tangannya tidak berubah kecepatannya, yang berubah justru kecepatan jam
tangan kita di bumi yang tampak bergerak lebih cepat. Hal ini
disebabkan segala sesuatu di dalam pesawat astronot bergerak lambat
termasuk proses metabolisma tubuh, getaran atom dan sebagainya.
Kontraksi
panjang juga berkaitan dengan perbedaan kecepatan. Misalnya si astronot
agak lelah, lalu mulai berbaring di tempat tidur yang sudah disediakan
di pesawat luar angkasanya. Dengan teropong yang sama, kita bisa
mengintip si astronot yang tidur berbaring itu. Aneh, sewaktu berbaring
koq si astronot tampak lebih pendek? Sewaktu
ia masih di bumi dan pesawatnya belum berangkat, ia tampak tinggi.
Lebih aneh lagi, sewaktu ia sudah terbangun lagi dari tidurnya dan
kembali berdiri, tiba-tiba ia kelihatan tinggi seperti biasa. Tetapi ia
juga kelihatan lebih kurus saat berdiri! Ada apa ini? Apa ia menyusut
sewaktu sedang tidur? Tentu tidak! Karena ia
sedang berada dalam pesawat yang meluncur cepat, saat ia tidur kita
melihat panjang tubuhnya menciut (terjadi kontraksi panjang). Saat ia
berdiri, kita melihat lebar tubuhnya menciut (juga merupakan kontraksi
panjang). Ia sendiri tidak merasakan perubahan apa-apa di dalam pesawat.
Nah, inilah serunya teori relativitas!
Tunggu dulu! Ada yang lebih seru lagi dari ini. The
Twin Paradox. Apa itu? Misalnya kita pergi ke ruang angkasa menggunakan
pesawat yang meluncur sangat cepat menjauhi bumi, dan kemudian kembali
lagi ke bumi sepuluh tahun setelah pesawat lepas landas. Bagi kita yang
berada di pesawat itu, kita hanya pergi selama satu tahun saja (karena
adanya time dilation)! Jika
kita punya saudara kembar yang menunggu kita di bumi, kita bisa melihat
sendiri bahwa saat kita mendarat, kembaran kita (yang lahirnya
bersamaan dengan kita) sudah 9 tahun lebih tua dari kita! Ini adalah
salah satu akibat dari dilatasi waktu. Aneh tapi nyata!
Teori
relativitas khusus ini telah banyak digunakan oleh para fisikawan dalam
menelorkan karya-karya hebatnya. Sudah banyak bukti-bukti yang
menunjukkan kebenarannya. Inilah hebatnya Einstein! Ia menelorkan teori
tersebut murni dari hasil pemikiran otaknya saja, tanpa ada bantuan dari
siapapun. Ia tidak pernah berdiskusi dengan siapapun dan tidak pernah
menjalankan percobaan apapun untuk mendukung teori ini. Tetapi ternyata
teori ini justru terbukti benar saat beberapa fisikawan mencobanya dalam
berbagai eksperimen. Teori Einstein yang menelorkan konsep kecepatan
cahaya inipun membuat heboh dunia karena bertentangan dengan teori
Newton. Menurut Newton, jika sebuah benda yang sedang bergerak akan
terus bergerak pada kecepatan sama jika tidak ada gaya lain yang
mempengaruhinya. Jika kita memberikan gaya tambahan (secara
terus-menerus) pada benda yang bergerak itu, maka gerakannya akan terus
dipercepat. Ini berarti kecepatannya terus bertambah sampai pada
kecepatan tak hingga, asalkan kita terus memberikan gaya yang dibutuhkan
untuk mempercepat benda itu. Einstein langsung menyatakan: “Newton, forgive me…” karena menurut Einstein ini tidak mungkin terjadi! Semakin
besar kecepatan yang diinginkan semakin besar pula gaya yang harus
diberikan. Untuk mencapai kecepatan cahaya, kita harus memberikan energi
dalam jumlah yang tak hingga (infinite). Hal ini tidak mungkin bisa
dilakukan karena energi hanya ada dalam jumlah tertentu (finite) sebagai
akibat dari Hukum Kekekalan Energi (energi tidak dapat diciptakan
maupun dimusnahkan). Jumlah energi yang tersedia tidak pernah bertambah
sehingga kecepatan cahaya tidak mungkin bisa dicapai.
Disamping Teori
Relativitas Khusus, Einstein juga mengembangkan Teori Relativitas Umum
(The General Theory of Relativity). Dalam teori ini Einstein
memperhitungkan pengaruh gravitasi pada cahaya. Einstein menunjukkan
bahwa lintasan cahaya akan mengalami pembelokan ketika berada dekat
dengan benda-benda luar angkasa yang besar-besar itu. Tahu
nggak, teori ini berhasil lolos ujian yang amat sulit, yaitu ketika
menentukan gerakan presesi dari perihelion orbit planet Merkuri. Kemudian
pada tahun 1919 ketika terjadi gerhana matahari total di teluk Guinea,
Afrika sekelompok ilmuwan Inggris berusaha membuktikan adanya pembelokan
cahaya bintang ketika berada dekat sekali dengan matahari seperti yang
diramalkan oleh Teori Relativitas Umum Einstein. Para astronomer memfoto
berbagai posisi suatu bintang tertentu ke arah matahari dan kemudian
mengulangi 6 bulan kemudian. Ternyata ramalan Einstein benar! Saat itu
Einstein menjadi sangat terkenal. Yohanessurya.com
Tidak ada komentar:
Posting Komentar