Postulat Relativitas Khusus Einstein

Teori relativitas memeriksa bagaimana pengukuran kuantitas fisis bergantung pada pengamat seperti juga pada peristiwa yang diamati. Dari relativitas muncul mekanika baru yang menyiratkan kaitan yang sangat erat antara ruang dan waktu, massa dan energi, kelistrikan dan magnetisme—tanpa kaitan itu, kita tidak mungkin mengerti dunia fisika. Untuk keseluruhannya, banyak kesimpulan tentang relativitas dapat diperkaya hanya menerapkan matematika yang sederhana.

Semua gerak adalah relatif, kelajuan cahaya dalam ruang hampa sama bagi semua pengamat.

Ketika kuantitas seperti panjang, selang waktu, dan massa ditinjau dalam fisika pendahuluan, tidak terdapat pembahasan khusus bagaimana kuantitas diukur. Karena terdapat satuan baku untuk kuantitas semacam itu, seakan-akan tidak menjadi persoalan siapa yang menentukan kuantitas itu—setiap orang harus mendapatkan hasil yang sama. Jika kita berada dalam kapal udara, misalnya, kita dapat menjulurkan pita pengukur dari hidung pesawat hingga ekornya untuk mengukur panjangnya. Jika kita berada pada suatu jarak tertentu, kita memerlukan pita pengukur untuk melakukan perhitungan, tetapi kita akan mendapatkan panjang kapal yang sama.

Namun bagaimana jika kita berada di bumi dan kapal udaranya sedang terbang? Pengukurannya menjadi rumit dan lebih menarik karena cahaya tadi akan disalurkan ke peralatan kita yang bergerak pada kelajuan tak berhingga. Apa yang kita dapatkan ialah kapal udara bergerak akan kelihatan lebih pendek terhadap kita daripada terhadap orang yang berada dalam kapal udara itu sendiri, selang waktu dalam kapal udara yang bergerak kelihatan lebih panjang terhadap kita daripada terhadap orang dalam kapal udara. Untuk mengerti asal perbedaan itu, kita harus menganalisis proses pengukuran secara rinci.

Gerak hanya berarti terhadap kerangka acuan tertentu

Langkah pertama ialah penjelasan apa yang kita maksudkan dengan gerak. Jika kita katakan sesuatu bergerak, kita maksudkan kedudukannya berubah relatif terhadap sesuatu. Penumpang bergerak relatif terhadap kapal udara, kapal bergerak relatif terhadap bumi, bumi bergerak relatif terhadap galaksi bintang (Milky Way) dan sebagainya. Untuk mengatakan bahwa sesuatu bergerak selalu menyangkut kerangka khusus sebagai acuan. Setiap kerangka yang diambil mempunyai kesalahan yang sama, walaupun kerangka yang satu dapat lebih memudahkan kita daripada kerangka yang lain untuk suatu kasus tertentu.

Jika kita berada dalam laboratorium tertutup, kita tidak dapat menentukan apakah laboratoriumnya bergerak dengan kecepatan tetap atau dalam keadaan diam, karena tanpa kerangka acuan eksternal, konsep gerak tidak memiliki arti. Kita tidak bisa mendapatkan kerangka universal yang meliputi seluruh ruang; ini berarti terdapat “gerak absolut”.

Kerangka Acuan Inersial

Teori relativitas muncul sebagai analisis konsekuensi fisis yang tersirat oleh ketiadaan kerangka acuan universal. Teori relativitas khusus dikembangkan oleh Albert Einstein pada tahun 1905, mempersoalkan kerangka acuan inersial. Kerangka acuan ini bergerak dengan kecepatan tetap (yaitu, kecepatan tetap dan arah tetap) terhadap kerangka lainnya.

Teori relativitas umum diusulkan oleh Einstein sepuluh tahun kemudian, mempersoalkan kerangka yang dipercepat satu terhadap yang lainnya. Seorang pengamat dalam laboratorium yang terisolasi dapat mendeteksi percepatan. Setiap orang yang pernah naik elevator atau komedi putar dapat membuktikan pernyataan tersebut dari pengalamannya. Teori khusus mempunyai pengaruh besar pada setiap bidang fisika, dan kita akan memusatkan perhatian kita pada teori tersebut dengan sedikit tinjauan pada teori umum dalam penjelasan yang akan datang.

Prinsip relativitas

Teori relativitas khusus bersandar pada dua postulat. Postulat pertama, prinsip relativitas, menyatakan bahwa hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu dengan lainnya. Postulat ini menyatakan ketiadaan kerangka acuan yang universal. Jika hukum fisika berbeda untuk pengamat yang berbeda dalam keadaan gerak relatif, maka kita dapat menentukan mana yang dalam keadaan “diam” dan mana yang “bergerak” dari perbedaan tersebut, tetapi karena tidak terdapat kerangka acuan universal, perbedaan itu tidak terdapat, sehingga muncul postulat di atas.

Postulat kedua menyatakan bahwa kepesatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari keadaan gerak pengamat itu. Postulat ini timbul secara langsung dari hasil berbagai eksperimental. Kesan pertama, postulat ini kelihatannya sangat radikal. Sebenarnya postulat ini mengikuti hampir semua konsep intuitif mengenai waktu dan ruang yang kita bentuk berdasarkan pengalaman sehari-hari.

Sebelum perkembangan teori relativitas, timbul pertentangan antara mekanika Newton dan teori elektromagnetik Maxwell mengenai hubungan antara pengukuran suatu gejala yang dilakukan pada suatu kerangka acuan dengan yang dilakukan pada kerangka lain yang bergerak relatif terhadap yang pertama. Einstein menunjukkan bahwa teori Maxwell sesuai dengan relativitas khusus, sedangkan mekanika Newton tidak, dan modifikasi Einstein mengenai mekanika membawa kedua cabang fisika tersebut menuju persesuaian.

Terima kasih sudah ke sini untuk membaca dan belajar fisika. Jangan ragu untuk menyukai posting blog, berlangganan blog dan berkomentar untuk berinteraksi lebih dengan saya.

Selamat belajar ya. Thank you for coming here to read and study physics in this blog. Feel free to like, subscribe and comment. Have a nice learning.

Referensi [1]