Home » » Teori Relativitas Khusus

Teori Relativitas Khusus

Written By Harso Adjie Brotosukmono on Rabu, 15 Juli 2015 | 21.47


Teori Relativitas merupakan salah satu teori revolusioner dalam ilmu fisika modern yang digagas oleh Albert Einstein pada 1905 dengan nama Teori Relativitas Khusus (Theory of Special Relativity), yang lalu disempurnakan pada tahun 1916 dibawah nama Teori Relativitas Umum (Theory of General Relativity). Pada dasarnya teori ini membahas tentang kesetaraan antara ruang dan waktu, yang kemudian disebut ruang-waktu (space-time) serta kelakukan partikel ketika kelajuannya mendekati kecepatan cahaya. Pada post kali ini fokus kepada Teori Relativitas Khusus yang seharusnya merupakan pelajaran SMA pada Kurikulum 2006, namun dihapuskan pada Kurikulum 2013. Amat disayangkan memang, karena itu kali ini saya akan mencoba mengupas sedikit tentang yang namanya Teori Relativitas Khusus ;).

Jika pernah menonton film Interstellar, dalam film tersebut kita dapat melihat dimana waktu bukan sesuatu yang absolut, waktu bisa berubah-ubah dan bisa menyempit-melebar seperti ruang. Sebenarnya dalam kehidupan kita sehari-hari, kita juga merasakan perbedaan waktu disebabkan gaya gravitasi. Benda yang bergerak pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya, akan mengalami perubahan waktu lebih sebentar dibanding mereka yang diam. Untuk mendefinisikannya, ada teori yang terkenal yang disebut "Twin paradox theory", yang mengatakan:
sumber: unknown
Bila ada 2 orang kembar (tentu saja umurnya sama), yang satu tetap di bumi sementara yang lainnya pergi dengan roket luar angkasa yang berakselerasi hingga kelajuannya mendekati c, maka ketika kembali akan didapatkan umur yang tetap di bumi lebih tua dibanding yang melakukan perjalanan luar angkasa.

Terlihat tidak masuk akal mungkin, begitu pula ilmuwan yang ketika pertama kali Einstein mengemukakan teori ini. Namun saat ini, teori ini telah dibuktikan dengan keberadaan Satelit-Satelit Telekomunikasi dan GPS, Saat baru pertama kali diluncurkan tahun 1978, Satelit GPS mengalami kesalahan hingga 5 km! Kesalahan ini diakibatkan karena perbedaan jalannya waktu antara bumi di permukaan dengan di orbit. Waktu di orbit berjalan lebih cepat sehingga bila tidak dikalibrasi, kesalahan akan semakin jauh.

Sebenarnya, apa yang membuat waktu menjadi tidak absolut seperti itu?
Jawabannya ada di Prostulat pertama dan kedua einstein.
Prostulat 1: kecepatan adalah relatif bagi setiap kerangka acuan relatif, kecepatan tidak bisa didefinisikan secara multak terhadap suatu kerangka acuan tertentu.
Prostulat 2: kecepatan cahaya adalah multak bagi seluruh kerangka acuan

Nah, prostulat kedua ini yang menjadikan terjadinya dilatasi waktu. Dikenal juga dengan Cosmic Speed Limit atau Batas Kecepatan Kosmos, yap, Kecepatan Cahaya adalah kecepatan paling cepat di Alam Semesta. Nah terus apa ngaruhnya?
sumber: pribadi

Begini, misalkan ada sebuah roket dengan kecepatan cahaya, di dalam roket itu kamu menyalakan sebuah senter yang tentunya berkecepatan cahaya juga bukan? namun orang di luar roket tidak akan melihat cahaya itu bergerak dengan 2x kecepatan cahaya melainkan kita harus menambahkan faktor Cosmic Speed Limit. Lalu akan didapatkan persamaan kecepatan lampu senter terhadap pengamat diam:
jika kita masukkan v1 dan v2 dalam persamaan tersebut akan didapatkan:

yup, yang pengamat lihat tetap saja cahaya dari senter itu berkecepatan c. Kita tahu bahwa waktu tempuh adalah jarak dibagi dengan kecepatan. atau bisa dirumuskan dengan:

coba analisa persamaan tersebut, dengan s yang sama, bila untuk kecepatan 2c waktunya adalah t, maka untuk kecepatan c, waktu adalah 2t terlihat waktu akan 2x lebih lama dibandingkan dengan waktu sebelumnya. Hal inilah yang dapat kita simpulkan bahwa waktu akan berjalan semakin lama pada benda-benda yang mendekati kecepatan cahaya.

Selain kita berbicara tentang Dilatasi Waktu, terdapat fenomena-fenomena lain yang terjadi ketika sebuah partikel bergerak dengan kecepatan medekati kecepatan cahaya, diantaranya adalah:

Kontraksi Lorentz

Panjang partikel akan terlihat oleh pengamat diam seakan lebih pendek dari panjang partikel sesungguhnya ketika partikel bergerak mendekati kecepatan cahaya, untuk panjang pada bidang (2D) dan ruang (3D), panjang yang dipengaruhi adalah panjang yang sejajar dengan arah gerak partikel. Kontraksi Lorentz dirumuskan dengan:

dengan:
L = Panjang yang dilihat oleh pengamat diam (m)
L0 = Panjang asli benda (m)
v = kecepatan benda (m/s)
c = kecepatan cahaya (3x10⁸ m/s)

Massa Relativistik

Massa dari partikel akan bertambah seiring dengan bertambahnya kecepatan, hal inilah yang tidak memungkinkan sebuah partikel bermassa dapat mencapai kecepatan cahaya, karena penambahan massa dirumuskan dengan:

dengan:
m = Massa benda yang bergerak mendekati c (kg)
L0 = Massa asli benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
c = kecepatan cahaya (3x10⁸ m/s)

Terlihat ketika v benar-bentar mencapai c, akan terjadi pembagian 1/0 yang hasilnya tidak terhingga, bisa dibayangkan energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan partikel bermassa tak terhingga? partikel cahaya (photon) mampu mencapai kecepatan cahaya karena partikel cahaya merupakan partikel yang tidak bermassa (mass-less) seperti gluon.

Momentum Relativistik

Momentum relativistik adalah derajat kesulitan mengentikan benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, bila biasanya kita tau kalau rumus Momentum itu:


Maka dalam kasus partikel yang mendekati kecepatan cahaya rumus itu tidak berlaku, melainkan harus kita sedikit kita modifikasi menjadi:

dengan:
p = momentum relativistik (kg.m/s)
m = massa asli benda (kg)
v = kecepatan benda (m/s)
c = kecepatan cahaya (3x10⁸ m/s)

Kesetaraan Massa-Energi

Nah ini nih, fenomena relativistik yang paling terkenal karena rumusnya. Einstein mengemukakan bahwa Energi dan Massa adalah sesuatu yang sama namun berbeda wujud, untuk setiap massa setara dengan energi yang dirumuskan dalam:


Namun rumus itu hanya berlaku bagi benda diam, untuk benda bergerak yang artinya punya momentum relativistik, rumusnya harus disempurnakan menjadi:

dengan:
m = massa asli benda (kg)
p = momentum asli benda (kg.m/s)
v = kecepatan benda (m/s)
c = kecepatan cahaya (3x10⁸ m/s)

Dan masih banyak lagi seperti Efek Doppler Relativistik, Energi Kinetik Relativistik, Simultanitas dan Sinkonisasi Waktu, serta jika mau perdalam hingga Teori Relativitas Umum kita bisa bertemu dengan topik yang lebih menarik seperti Superluminal/FTL (Faster than Light Travel), Singularitas, Black Hole, dan masih banyak lagi...

0 comments :

Posting Komentar

Brotot Facts: