Relativitas Einstein

Konsep Perjalanan Waktu dan Teori Relativitas Einstein

  Apakah anda pernah menonton film Back to the Future, Looper, Star Trek, dll dimana anda akan melihat adegan time travel atau perjalanan waktu? Apakah mesin waktu itu mungkin? Bagaimana bisa terjadi? Semua ini berawal dari teori relativitas yang dikemukakan oleh Albert Einstein. Apa sih teorinya? Mari kita simak sama-sama.
TEORI RELATIVITAS
Teori relativitas adalah teori yang dikemukakan Albert Einstein yang terbagi atas 2 teori, yaitu relativitas umum dan relativitas khusus. Namun saya akan menjelaskan tentang Relativitas khusus dahulu.


RELATIVITAS KHUSUS

Relativitas Khusus
Relativitas khusus terdiri dari dua postulat:
I. Hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu sama lain.
II. Cepat rambat cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat, tidak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat.
Apa maksud dari kedua postulat tersebut?

Coba anda tanyakan pada diri sendiri bagaimana anda menentukan apakah suatu objek bergerak atau tidak? Tentu karena anda melihat objek tertentu berpindah dari satu titik ke titik yang lain. Sekarang coba anda bayangkan jika di dunia ini hanya ada dua objek. Tidak ada lantai, dinding, langit, dan objek lainnya. Apakah anda dapat menentukan objek mana yang bergerak dan objek mana yang diam? Jawabannya adalah tidak karena anda tidak memiliki pedoman titik posisi objek tersebut.

Sekarang anda coba bayangkan seandainya anda memiliki saudara kembar. Anda di dalam pesawat dan saudara kembar anda ada di permukaan bumi. Dari sudut pandang anda, pesawatnya diam di satu tempat dan permukaan bumi yang bergerak. Sedangkan dari Sudut pandang saudara kembar anda permukaan bumi tetap diam dan pesawat dengan anda didalamnya yang bergerak. Dan jika misalnya saudara kembar anda berpindah ke matahari, bumi dan pesawat anda yang terlihat bergerak (Ingat kalau bumi itu berevolusi mengelilingi matahari). Kesimpulan dari contoh tersebut adalah kita tidak dapat mengetahui objek mana yang bergerak dan objek mana yang diam karena pernyataan tersebut berbeda-beda tergantung sudut pandang pengamat dimana pengamat selalu diam dan alam di sekitar yang bergerak mengelilinginya. Inilah pengertian dari postulat I.

Postulat II menyatakan bahwa di alam semesta ini hanya ada satu benda yang bergerak dengan kecepatan yang selalu sama. Benda tersebut adalah cahaya dengan kecepatan 300.000.000 m/s. Coba anda bayangkan lagi di antara pesawat anda dan permukaan bumi ada sebuah cermin yang selalu mengikuti kemanapun pesawat anda pergi. Jika anda menembakkan laser ke arah cermin dan dipantulkan kembali ke pesawat, dari sudut pandang anda laser tersebut terlihat bergerak lurus ke bawah ke arah cermin dan lurus kembali ke atas menuju pesawat. Tetapi dari sudut pandang saudara kembar anda laser tersebut tidak terlihat tegak lurus namun membentuk “V” karena saat pesawat menembak dan menerima kembali lasernya pesawat tersebut berada di dua posisi berbeda.
Disini letak keunikannya. Laser yang bergerak membentuk huruf “V” memiliki jalur yang lebih panjang dibanding laser yang bergerak tegak lurus. Sebelumnya sudah saya jelaskan bahwa kecepatan cahaya selalu sama. Berarti dari sudut pandang saudara kembar anda laser tersebut membutuhkan waktu lebih lama untuk kembali ke pesawat dibandingkan sudut pandang anda. Dan jika anda dan saudara kembar anda sama-sama menggunakan jam untuk mengukur waktu perjalanan laser tersebut, jam anda akan menunjukkan waktu yang lebih singkat daripada jam saudara kembar anda. Artinya jam anda bergerak lebih lambat dari sudut pandang saudara kembar anda. Dari sudut pandang anda kecepatan jam tetap sama. Perbedaan ini disebut dengan Time Dilation/Dilasi Waktu.

TWIN PARADOX

Jika kecepatan pesawat semakin mendekati kecepatan cahaya, waktu di dalam pesawat akan berjalan semakin lambat. Namun anda tidak akan merasakan hal itu karena selain waktu seluruh benda termasuk anda juga bergerak semakin lambat sehingga bagi anda semuanya terlihat normal. Dan lebih uniknya lagi, karena dari sudut pandang anda bumi dan sekitarnya yang bergerak, berarti jam saudara kembar anda akan terlihat lebih lambat dibanding jam anda. Jika kedua waktu pengamat sama-sama melambat, lalu waktu siapa yang sebenarnya berjalan lebih lambat? Inilah yang disebut dengan Twin Paradox. Penjelasan diatas sebelumnya hanya berlaku jika pesawat tersebut bergerak dengan kecepatan tetap. Namun Jika pesawat mengubah kecepatan lain lagi ceritanya. Jika anda yang di dalam pesawat mempercepat kecepatan pesawat anda, anda akan terlempar ke belakang. Dari sudut pandang anda pesawat tetap diam, namun bumi dan sekitarnya yang bergerak semakin cepat. Dari sudut pandang anda juga hal ini bisa terjadi karena adanya medan gravitasi yang menyebabkan bumi dan sekitarnya bergerak semakin cepat. Tenaga yang ditembakkan roket saat anda mempercepat laju pesawat berfungsi untuk menyeimbangkan posisi pesawat dari dorongan gravitasi agar pesawat tetap diam. Medan gravitasi ini juga menyebabkan waktu berjalan lebih cepat di bumi. Lalu apa hubungannya dengan twin paradox? Anda yang mempercepat laju pesawat anda saat memutar balik ke bumi inilah yang mengakibatkan waktu di bumi berjalan semakin cepat sehingga saat anda tiba di bumi saudara anda menjadi lebih tua daripada anda. Artinya anda telah berhasil melakukan Time Travel ke masa depan.

RELATIVITAS UMUM

Sekarang saya akan jelaskan mengenai teori relativitas Einstein yang kedua, yaitu relativitas umum. Pada tahun 1687 Isaac Newton dulu menjelaskan adanya gaya gravitasi. Namun beliau tidak pernah tahu apa penyebab gaya gravitasi (Hayo. Ada yang tahu kenapa ada gaya gravitasi?) Kemudian di tahun 1916 Einstein mempublikasikan teori relativitas umumnya yang menjelaskan bahwa gravitasi bukanlah gaya tarik menarik antar dua atau lebih objek yang bermassa. Namun gravitasi adalah akibat dari kelengkungan yang dibentuk oleh massa objek terhadap ruang dan waktu atau disebut juga dengan ruang-waktu.
Apa itu ruang-waktu? Selama ini kita hanya mengenal 3 dimensi. Yaitu maju mundur, kiri kanan, dan atas bawah. Namun sebenarnya masih ada dimensi ke-4, yaitu waktu. Ya, waktu adalah bagian dari dimensi. Contohnya: Jika anda ingin bertemu rekan anda di suatu tempat pada waktu pukul sekian, anda telah melewati 3 dimensi yaitu bergerak maju atau mundur, belok ke kiri atau ke kanan, naik ke atas atau turun ke bawah dan anda juga telah melewati dimensi waktu yaitu waktu pukul sekian. Jika anda tidak melewati dimensi waktu tersebut anda tidak akan menemui rekan anda.
Kelengkungan yang terjadi akibat massa suatu benda terhadap ruang-waktu dapat dianalogikan seperti gambar dibawah
Bentangan garis dari gambar di atas adalah ruang-waktu dan massa dari planet bumi mengakibatkan lengkungan yang merupakan gravitasi bumi. Setiap objek yang ada di ruang hampa akan selalu bergerak lurus dengan kecepatan tetap sehingga objek yang berada di wilayah lengkungan gravitasi akan menjadi bergerak mengikuti arah lengkungan.

Dan karena kecepatan cahaya selalu sama, artinya gravitasi juga mempengaruhi kecepatan waktu. Objek yang berada semakin dekat dengan pusat gravitasi waktu akan berjalan semakin lambat dan begitu pula sebaliknya. Perbedaan waktu ini disebut dengan Gravitational Time Dilation.
Teori ini nyata dan telah diterapkan pada satelit GPS sekarang ini. Jadi jangan tinggal di apartemen yang tinggi ya karena anda jadi cepat tua *beneran*
BLACK HOLE

Dari topik relativitas umum anda sudah tahu bahwa semakin besar massa lengkungan gravitasi akan semakin besar (Bayangkan bola bowling dan golf diletakkan di atas bentangan kain. Pasti lengkungan kain akibat bola bowling lebih besar) dan tentunya semakin besar massa suatu objek semakin besar pula ukurannya. Lalu bagaimana jika ada objek yang sangat kecil tapi memiliki massa yang sangat besar? (Bayangkan ukuran sebutir pasir tapi seberat gunung ) Tentu akan menghasilkan lengkungan kecil namun sangat dalam. Inilah yang disebut dengan [B]Black Hole.

Black Hole diperkirakan terbentuk ketika bintang raksasa mati dan hancur terserap oleh medan gravitasi yang dibuatnya sendiri. Ukurannya akan semakin kecil hingga menjadi sangat padat dan kecil yang disebut dengan Singularity. Massa Black Hole diperkirakan 10x massa matahari (sekitar 10^31 Kg) dengan diameter 4,3x diameter matahari (sekitar 6juta Km). Black Hole akan menyerap semua partikel termasuk cahaya kedalamnya dan materi tersebut akan hancur saat tiba di Singularity. Black Hole juga mampu membengkokkan cahaya yang disebut dengan Gravitational Lensing. Black Hole dapat dianalogikan sebagai pusaran air yang sangat besar yang mampu menarik segala sesuatu kedalamnya. Semakin dekat ke pusaran air, semakin besar tarikannya.

Animasi terbentuknya Black Hole bisa dilihat di film Star Trek 2009 saat Black Hole menelan Planet Vulkan.

Hubungan Black Hole terhadap time travel adalah jika kita berada di "perbatasan" Black Hole yang disebut dengan Event Horizon waktu akan berhenti karena medan gravitasi yang sangat besar (Ingat kalau semakin dekat ke pusat gravitasi waktu berjalan semakin lambat?). Jadi bisa dibilang metode ini bisa digunakan sebagai alternatif time travel ke masa depan jika membuat pesawat dengan kecepatan mendekati cahaya masih tidak memungkinkan walau praktikalnya jauh lebih tidak mungkin karena Black Hole terdekat dari bumi jaraknya diperkirakan 8000 tahun cahaya. Dan planet yang didekatinya saja terserap tak bersisa. Apalagi kita.
Video penjelasan cara time travel menggunakan Black Hole dari Stephen Hawking

Singularity pada Black Hole terbagi atas 2 jenis, yaitu singularity yang diam dan berputar. Seluruh materi yang masuk ke dalam Black Hole akan hancur saat mencapai singularity yang diam. Namun pada Black Hole yang singularity-nya berputar akan menghasilkan sebuah lubang sehingga terbentuk sebuah terowongan yang disebut dengan Einstein-Rosen Bridge atau lebih dikenal dengan Worm Hole. Materi yang berhasil melewati Worm Hole akan keluar dari ujung terowongan yang disebut dengan White Hole.

WHITE HOLE & WORM HOLE

Pada topic Black Hole telah dijelaskan bahwa White Hole merupakan “pintu keluar” untuk benda-benda yang masuk ke dalam Black Hole singularity berputar. Namun wujud White Hole tidaklah sesuai namanya. Bahkan sebenarnya wujud White Hole hampir sama dengan Black Hole. Sebutan White Hole hanya untuk membedakan karakteristik yang berlawanan dengan Black Hole. Sedangkan Worm Hole adalah terowongan penghubung Black Hole dan White Hole. Nama Worm Hole berasal dari lubang pada apel yang disebabkan oleh cacing sehingga terbentuk jalan singkat untuk menuju sisi lain apel.
 

Dengan adanya Worm Hole ada DUA hal yang dapat dilakukan:

1.      Manusia dapat menuju suatu tempat yang sangat jauh dalam waktu yang sangat singkat.
Analoginya adalah coba anda sediakan secarik kertas dan sebuah pena. Lalu gambar sebuah titik A di kiri kertas dan titik B di kanan kertas. Menurut anda apa cara tercepat untuk menghubungkan titik A ke B? Logikanya pasti kita menarik garis lurus dari A ke B. Tapi ada cara yang lebih cepat yaitu melipat kertas tersebut sehingga titik A dan B dapat bertemu. Itulah cara kerja Worm Hole sehingga tempat yang berada sangat jauh menjadi sangat dekat.

Misalkan kedua ujung lubang Worm Hole kita namai “A” dan “B”. Ujung “A” diletakkan di depan rumah anda. Ujung “B” digerakkan dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya atau diletakkan di tempat dengan gravitasi sangat tinggi akan terjadi dilasi waktu pada ujung B dimana waktu berjalan lebih lambat kemudian diletakkan kembali ke depan rumah anda. Lalu anggap saja ujung A telah melewati waktu selama 200 tahun dan ujung B yang hanya melewati waktu selama 5 tahun karena efek dilasi waktu. berarti yang melambat adalah saat anda memasuki ujung A menuju B anda akan kembali ke depan rumah anda 195 tahun lalu.

NB: Kalau penjelasan diatas masih tidak dimengerti, silahkan dibaca berkali-kali sampai mengerti karena saya sendiri juga butuh waktu yang lama untuk mengerti.

Konsep ini bisa anda temui di komik Doremon dimana mereka selalu keluar masuk laci meja yang sama tetapi di waktu yang berbeda. Berarti pengarang Doraemon, Fujiko. F. Fujio hebat sekali bisa kepikiran untuk mengambil konsep ini.

2.      Perjalanan waktu ke masa depan dan masa lalu.
Untuk perjalanan waktu ke masa depan konsepnya hampir sama dengan Black Hole dimana medan gravitasi yang sangat tinggi di dalam Worm Hole memperlambat laju waktu orang yang berada di dalamnya. Bagaimana dengan perjalanan waktu ke masa lalu? Perjalanan waktu ke masa lalu dapat dilakukan “jika” manusia sudah mampu menciptakan Traversable Worm Hole / Worm Hole yang dapat dipindahkan kemana saja.
E= MC^2 dan REALISASI PERJALANAN WAKTU

Spoiler for E= MC^2 dan Realisasi Perjalanan Waktu:

Dari seluruh penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa perjalanan waktu ke masa depan dan masa lalu SECARA TEORITIS dapat dilakukan dengan metode di bawah ini:

Perjalanan waktu ke masa depan:
1. Menaiki pesawat yang mampu bergerak mendekati kecepatan cahaya
2. Menetap di tempat yang medan gravitasinya sangat tinggi misalnya di dekat Black Hole
3. Menggunakan Traversable Worm Hole

Perjalanan waktu ke masa lalu:
1. Menaiki pesawat yang mampu bergerak melebihi kecepatan cahaya
2. Menggunakan Traversable Worm Hole


Pada tahun 1971 para ilmuwan pernah melakukan percobaan bernama Hafele-Keating Experiment dimana mereka menggunakan jam atom yang sangat akurat hingga sepersatumilyar detik pada pesawat yang mengelilingi bumi selama dua kali dan jam atom yang lain berada di bumi. Setelah dibandingkan ternyata ada perbedaan waktu dari kedua jam tersebut yang angkanya sesuai dengan perhitungan Einstein. Di kehidupan sekarang kita mengenal GPS yang juga menerapkan teori relativitas Einstein dimana jam pada satelit GPS berjalan lebih cepat sepertujuhjuta detik daripada jam di bumi.


Lalu bagaimana dengan praktik untuk menjelajahi waktu? Sayangnya ada beberapa faktor yang masih tidak memungkinkan realisasi hal tersebut.

1. Persamaan E= MC2 yang sangat terkenal di dunia sains ini dimana E = Energi, M = Massa, dan C = kecepatan cahaya menyatakan bahwa semakin besar energi yang digunakan objek untuk mencapai kecepatan cahaya maka semakin besar pula massa objek tersebut dan sebaliknya jika massa objek semakin besar semakin besar pula energi yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan cahaya. Artinya jumlah energi akan menjadi tak terbatas dimana saat ini masih belum ada sesuatu yang dapat menghasilkan energi tak terbatas untuk menerbangkan pesawat mendekati kecepatan cahaya.

2. White Hole dan Worm Hole masih sebatas teori matematis. Belum ada penemuan nyata. Berbeda dengan Black Hole yang telah ditemukan di beberapa galaksi sejak tahun 1995.

3. Pembuatan Traversable Worm Hole juga masih sebatas teori. Ilmuwan berspekulasi bahwa membutuhkan suatu materi yang disebut dengan Exotic Matter yang juga masih diragukan kebenarannya.


Tapi tidak ada yang pernah tahu masa depan akan seperti apa. Ilmu pengetahuan dan teknologi selalu berkembang. Teknologi seperti ponsel, tablet, cloud computing, GPS, dsb hanyalah fantasi film fiksi ilmiah dulunya namun sekarang menjadi bagiaan dari kehidupan masyarakat umum. Bisa saja 50, 100, atau 200 tahun lagi semua teori ini akan menjadi kenyataan.

SUMBER

http://science.howstuffworks.com/sci...relativity.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity
http://www.dummies.com/how-to/conten...elativity.html
http://relativitytrail.com/twins_par..._explained.htm
http://www.space.com/17661-theory-ge...elativity.html
http://www.upscale.utoronto.ca/Gener...eDilation.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
http://www.phys.vt.edu/~jhs/faq/blackholes.html
http://cosmology.berkeley.edu/Education/BHfaq.html
http://www.cosmonline.co.uk/how-whit...ght-be-created
http://www.andersoninstitute.com/wormholes.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Wormhole