Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan teori relativitas khusus, yang menjelaskan bagaimana menafsirkan gerak pada kerangka acuan inersia yang berbeda - yaitu, tempat-tempat yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif satu sama lain.
Einstein menjelaskan bahwa ketika dua benda yang bergerak dengan kecepatan konstan sebagai gerakan relatif antara dua benda, bukannya menarik bagi eter sebagai kerangka acuan mutlak untuk mendefiniskan apa yang sedang terjadi. Jika Anda dan beberapa astronot, Amber, yang bergerak dalam pesawat ruang angkasa yang berbeda dan ingin membandingkan pengamatan Anda, yang penting adalah seberapa cepat Anda dan Amber bergerak terhadap satu sama lain.
Relativitas khusus hanya mencakup kasus khusus di mana gerak menjadi seragam. Gerakan ini menjelaskan hanya jika Anda bergerak dalam garis lurus dengan kecepatan konstan. Segera setelah Anda mempercepat atau melengkung – atau melakukan sesuatu yang mengubah sifat gerak dengan cara apapun – relativitas khusus dihentikan penggunaanya. Di situlah teori relativitas umum Einstein masuk, karena dapat menjelaskan kasus umum dari segala macam gerak.
Teori Einstein didasarkan pada dua prinsip utama:
- Prinsip relativitas: Hukum-hukum fisika tidak berubah, bahkan untuk benda yang bergerak dalam kerangka acuan inersia (kecepatan konstan).
- Prinsip kecepatan cahaya: Kecepatan cahaya adalah sama untuk semua pengamat, terlepas dari gerakan mereka relatif terhadap sumber cahaya.(Fisikawan menulis kecepatan ini menggunakan simbol c.)
Mempersatukan ruang dan waktu
Teori Einstein relativitas khusus menciptakan hubungan mendasar antara ruang dan waktu. Alam semesta dapat dilihat sebagai memiliki ruang tiga dimensi – atas / bawah, kiri / kanan, maju / mundur – dan satu dimensi waktu. Ruang 4-dimensi ini disebut sebagai kontinum ruang-waktu.
Jika Anda bergerak cukup cepat melalui ruang, pengamatan yang Anda buat tentang ruang dan waktu agak berbeda dari pengamatan orang lain, yang bergerak dengan kecepatan yang berbeda.
Anda dapat membayangkan ini untuk diri sendiri dengan memahami eksperimen pikiran digambarkan dalam gambar ini. Bayangkan bahwa Anda berada di sebuah pesawat ruang angkasa dan memegang laser sehingga ujung sinar cahaya langsung naik, membentur cermin Anda yang telah ditempatkan di langit-langit. Sinar cahaya kemudian datang kembali dan menyerang detektor.
Namun, pesawat ruang angkasa bergerak dengan kecepatan konstan setengah kecepatan cahaya (0.5c, seperti fisikawan akan menulis itu). Menurut Einstein, ini tidak membuat perbedaan untuk Anda – Anda bahkan tidak bisa mengatakan bahwa Anda bergerak. Namun, jika astronot Amber sedang memata-matai Anda, seperti di bagian bawah gambar, itu akan menjadi cerita yang berbeda.
Amber akan melihat sinar cahaya Anda bergerak ke atas sepanjang jalur diagonal, menumbuk cermin, dan kemudian melakukan perjalanan ke bawah sepanjang jalan diagonal sebelum membentur detektor. Dengan kata lain, Anda dan Amber akan melihat jalan yang berbeda untuk cahaya, yang lebih penting, jalan mereka bahkan tidak sama panjang. Ini berarti bahwa waktu sinar yang diperlukan untuk pergi dari laser ke cermin untuk detektor juga harus berbeda untuk Anda dan Amber sehingga Anda berdua sesuai pada kecepatan cahaya.
Fenomena ini dikenal sebagai dilatasi waktu, di mana waktu pada sebuah kapal bergerak sangat cepat tampaknya melewati lebih lambat daripada di Bumi.
Aneh seperti kelihatannya, contoh ini (dan banyak lainnya) menunjukkan bahwa dalam teori relativitas Einstein, ruang dan waktu sangat erat terkait bersama-sama. Jika Anda menerapkan persamaan transformasi Lorentz, mereka bekerja diluar sehingga kecepatan cahaya adalah hal yang konsisten untuk kedua pengamat.
Perilaku aneh ruang dan waktu hanya jelas ketika Anda sedang bepergian mendekati kecepatan cahaya, sehingga tak seorang pun pernah mengamati hal itu sebelumnya. Percobaan dilakukan sejak penemuan Einstein ini telah mengkonfirmasi bahwa itu benar – waktu dan ruang yang dirasakan berbeda, dengan cara yang persis dijelaskan Einstein, untuk benda bergerak mendekati kecepatan cahaya.
Mempersatukan massa dan energi
Karya paling terkenal dari kehidupan Einstein juga dari tahun 1905 (tahun yang sibuk bagi dia), ketika ia menerapkan ide-ide kertas relativitas untuk datang dengan persamaan E = mc2yang mewakili hubungan antara massa (m) dan energi (E ).
Singkatnya, Einstein menemukan bahwa ketika sebuah benda mendekati kecepatan cahaya, c, massa benda meningkat. Objek berjalan lebih cepat, tetapi juga menjadi lebih berat. Jika itu benar-benar mampu bergerak pada c, massa benda dan energi keduanya akan menjadi tak terbatas. Sebuah benda yang lebih berat lebih sulit untuk mempercepat, sehingga tidak mungkin untuk pernah benar-benar mendapatkan partikel sampai dengan kecepatan c.
Sampai Einstein, konsep massa dan energi dipandang sebagai benar-benar terpisah. Ia membuktikan bahwa prinsip-prinsip konservasi massa dan konservasi energi merupakan bagian yang sama besar, prinsip terpadu, kekekalan massa-energi. Materi dapat diubah menjadi energi dan energi dapat berubah menjadi materi karena ada suatu hubungan mendasar antara dua jenis zat.
Teori Relativitas Einstein dalam Kehidupan Nyata
Agar navigasi GPS dalam mobil berfungsi secara akurat, satelit -- yang menjadi pusat informasinya -- harus menggunakan relativitas dalam kerjanya.
Sebab, meski tak bergerak secepat kecepatan cahaya, namun satelit bergerak sangat cepat. Satelit juga mengirimkan sinyal ke stasiun Bumi. Stasiun-stasiun tersebut -- juga GPS dalam mobil Anda -- mengalami percepatan yang lebih tinggi akibat pengaruh gravitasi dari satelit di orbit.
Agar akurat, satelit menggunakan jam dengan akurasi hingga beberapa miliar detik (nanodetik). Karena satelit mengorbit pada ketinggian 12.600 mil atau 20.300 km di atas Bumi dan bergerak dengan kecepatan 6.000 mil/jam atau 10 ribu km/jam maka akan terjadi dilatasi waktu relatif sekitar 4 mikrodetik per hari. Ditambah efek gravitasi, dilatasi bisa bertambah sekitar 7 mikrodetik atau 7000 nanodetik.
2. Elektromagnet
Magnet adalah efek relativistik. Dan kerja generator yang menghasilkan listrik adalah bukti nyata dari Teori Relativitas.
Kumparan kawat yang bergerak pada medan magnet bisa menghasilkan arus listrik. Partikel bermuatan dalam kawat dipengaruhi perubahan medan magnet yang memaksanya bergerak dan menghasilkan arus listrik.
3. TV jadul
Beberapa tahun lalu, kebanyakan televisi dan monitor memiliki layar tabung sinar katoda -- yang bekerja dengan cara menempakkan elektron pada permukaan fosfor dengan magnet besar.
Masing-masing elektron menyalakan pixel saat mengenai belakang layar dan memunculkan gambar bergerak hingga 30 persen kecepatan cahaya. Dalam kasus tersebut, efek relativistik terlihat jelas adanya.
4. Cahaya
Jika teori Isaac Newton benar, maka niscaya penjelasan tentang cahaya yang kita miliki akan berbeda sama sekali.
"Tak hanya magnetik, cahaya pun tak akan ada. Sementara relativitas mengharuskan adanya perubahan medan elektromagnetis pada kecepatan yang terbatas, bukan seketika," kata Moore.
Jika persyaratan itu tak ada, perubahan pada medan listrik akan terjadi seketika, bukan melalui gelombang elektromagnetik di mana manetik dan cahaya tak akan diperlukan.
5.Pembangkit Tenaga Nuklir
Relativitas adalah salah satu alasan di mana massa dan energi bisa dikonversi menjadi satu sama lain yang menjelaskan bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) beroperasi, juga mengapa Matahari menyinari siang.
5.Pembangkit Tenaga Nuklir
0 comments:
Post a Comment