Teori Relativitas

Waktu dan ruang dapat berubah dan tidak konstan. Teori ini mengembangkan teori dari seorang ilmuwan bernama Sir Isaac Newton bahwa waktu dan ruang itu konstan. Pemahaman baru ini dijelaskan dalam aturan yang dikenal dengan istilah teori relativitas. Ingin tahu lebih lanjut mengenai teori ini? Simak penjelasannya berikut ini.

Pengertian Teori Relativitas

Teori relativitas adalah aturan yang menjelaskan tentang gravitasi yang menggambarkan bahwa ruang dan waktu dapat berubah. Teori ini ditemukan oleh seorang ilmuwan bernama Albert Einstein dan mengembangkan teori tersebut pada tahun 1905.

Pada tahun tersebut, Einstein mengembangkan teori relativitas khusus. Setelah itu, Einstein mengembangkan teori kedua yaitu relativitas umum. Dalam aturan relativitas, dijelaskan bahwa sebuah gelombang elektromagnetik dapat bergerak dengan kecepatan yang konstan.

Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan pergerakan dua orang dengan posisi yang berbeda. Sehingga dalam hukum fisika, kecepatan gelombang terlihat sama. Namun, kecepatan keduanya berbeda dalam waktu dan intervalnya.

Klasifikasi Teori Relativitas

1. Teori Relativitas Khusus

Pada tahun 1903, Albert Einstein menemukan aturan yang dikenal dengan relativitas khusus. Dalam aturan ini Einstein meneliti suatu elektrodinamika dalam benda yang bergerak. Sehingga aturan tersebut dikenal dengan teori elektrodinamika benda bergerak.

Aturan Elektrodinamika tersebut dijelaskan di dalamnya bahwa, jika ada dua orang yang melakukan gerakan, keduanya terlihat sama dalam pandangannya masing-masing. Sehingga tidak ada yang dapat menyatakan bahwa salah satu dari mereka bergerak atau diam di tempatnya.

Dalam aturan relativitas khusus ini menyatakan bahwa pergerakan dua orang atau benda pada posisi yang berbeda tersebut mempunyai kecepatan yang sama, walaupun tidak dapat saling melihat satu sama lain.

2. Teori Relativitas Umum

Dalam satu dekade selanjutnya, Einstein mengembangkan teori relativitas menjadi relativitas umum. Dalam aturan ini dikenal dengan teori gravitasi. Pernyataan yang dikemukakan oleh Newton bahwa benda lain tidak dapat ditarik oleh gravitasi.

Penelitian yang dikemukkaan oleh Newton tersebut berbeda dengan penelitian Einstein pada aturan relativitas umum ini. Karena menurut aturan relativitas umum, gravitasi adalah dimensi ruang dan waktu yang disebabkan karena adanya massa benda atau objek.

Dalam aturan ini menyatakan bahwa semakin besar dimensi ruang dan waktu maka semakin berat massa suatu benda. Dimensi tersebut disebabkan karena adanya waktu. Sehingga semakin besar gravitasi maka waktu akan semakin lambat dalam dimensi tersebut.

Teori relativitas Umum juga menjelaskan pengetahuan mengenai pergerakan benda dalam sebuah medan gravitasi. Dalam aturan ini, dapat menjelaskan beberapa hal, yaitu:

a. Teori Lubang Hitam

Teori lubang hitam mengatakan bahwa dalam alam semesta terdapat lubang yang mempunyai ruang dan waktu. Pergerakan waktu dalam lubang tersebut lebih lambat dibandingkan waktu di bumi dan tidak dipengaruhi oleh apapun.

b. Teori Orbit Planet

Dalam teori ini, menyatakan bahwa planet mengelilingi matahari. Gaya gravitasi matahari lebih besar dibandingkan dengan gaya gravitasi planet termasuk bumi. Sehingga, dalam Teori ini menyatakan bahwa dalam orbit tata surya mempunyai lintasan atau kelengkungan yang berkaitan dengan gravitasi.

c. Teori Gelombang Cahaya

Dalam teori gelombang cahaya menunjukan bahwa gelombang cahaya yang melintasi medan gravitasi akan berbelok dan tidak merambat secara lurus.

Rumus Teori Relativitas

Terdapat dua konsep dalam relativitas yang dijelaskan oleh Einstein, yaitu:

1. Kelajuan Cahaya

Kelajuan cahaya yang ada dalam ruang hampa tidak dipengaruhi oleh gerak dari sumber cahaya. Untuk semua pengamat mempunyai kelajuan cahaya yang sama sebesar 300.000.000 m/s.

2. Hukum Fisika

Dalam konsep relativitas ini menggunakan hukum fisika dalam bentuk persamaan yang selalu sama, mesti dalam keadaan bergerak. Hukum ini berlaku pada setiap benda yang bergerak dengan kecepatan yang tetap.

Di dalam aturan relativitas, menunjukan adanya perubahan yang sedikit menyimpang dari kehidupan sehari-hari.Tidak ada benda yang mempunyai massa dapat menempuh kecepatan cahaya. Aturan Relativitas juga mempunyai beberapa rumus yaitu:

1. Relativitas Kecepatan

v = (v1 + v2) / (1 + (v1v2 / c²))

Keterangan:
v = Kecepatan objek 1 ke objek 2
v1 = Kecepatan objek 3 ke objek 2
v2 = Kecepatan objek 2 ke objek 1
c = Kecepatan cahaya

2. Pemuaian Waktu

Dalam teori relativitas menyebutkan bahwa ruang dan waktu tidak konstan atau dapat berubah. Sehingga, suatu benda yang bergerak dengan kecepatan mempunyai waktu yang berbeda.

∆t = ∆t₀ / √ 1 – (v² / c²)

Keterangan:
∆t = Selang waktu saat pengamat bergerak
∆t₀ = Selang waktu saat pengamat diam
v = Kecepatan dari pengamat
c = Kecepatan cahaya

3. Kontraksi Lorentz

Dalam hal ini menunjukan bahwa benda akan semakin pendek jika kecepatan pengamat semakin besar. Karena benda yang mempunyai panjang, saat diamati oleh pengamat yang mempunyai kecepatan dan bergerak sejajar akan terlihat lebih pendek.

L = L0 √ 1 – (v² / c²)

Keterangan:
L = Panjang benda saat pengamat bergerak
L₀ = Panjang benda saat pengamat diam
v = Kecepatan pengamat

4. Relativitas Massa dan Energi

Pengamat yang bergerak dan yang diam dapat mengamati massa benda dengan berbeda. Pengamat yang bergerak pasti mempunyai kecepatan.

m = m₀ / √ 1 – (v² / c²)

Keterangan:
m = Massa benda saat pengamat bergerak
m₀ = Massa benda saat pengamat diam
v = Kecepatan pengamatnya

Jika benda yang mempunyai massa m0 mempunyai kecepatan, maka:

Ek = (m₀ c² / 1 – (v² / c²)) – m₀c²

Rumus ini digunakan untuk menentukan energi dari benda tersebut. Energi total yang diperoleh berdasarkan energi saat diam dan saat bergerak, yaitu:

E = E₀ + Ek

Untuk nilai energi benda dalam keadaan diam atau E₀ yaitu m₀c²
Sedangkan untuk energinya yaitu mc².

Berdasarkan rumus tersebut, dapat disimpulkan bahwa energi dan massa benda mempunyai hubungan yang sama atau setara.

Contoh Soal Teori Relativitas

Untuk memahami lebih dalam lagi mengenai teori relativitas, perhatikan contoh dan soal pembahasan di bawah ini ya.

Contoh Soal 1

Seorang astronot berumur 30 tahun meninggalkan istrinya untuk pergi ke ruang angkasa. Dia pergi ke ruang angkasa menggunakan pesawat khusus yang dapat melaju dengan kecepatan yang sangat tinggi.

Kecepatan pesawat tersebut hampir 85% kecepatan cahaya. Astronot tersebut kembali ke bumi pada umur 40 tahun. Berapa umur astronot saat kembali ke bumi menurut istri astronot tersebut?

Diketahui:
Kecepatan atau v = 0.85 c
Kecepatan cahaya atau c = 300.000.000 m/s
Astronot sebagai benda yang diam dan istrinya sebagai benda yang bergerak.
Sehingga ∆t = 40 – 30 = 10 tahun

Ditanyakan?
Berapa umur astronot yang sebenarnya saat sampai di bumi?

Jawab:
∆t = ∆t₀ / √ 1 – (v² / c²)
10 = ∆t₀ / √ 1 – ((0.85c)² / c²)
10 = ∆t₀ / √ 1 – 0.72
10 = ∆t₀ / 0.53
∆t₀ = 10 x 0.53
= 5.3 tahun

Maka, menurut istri astronot yang tinggal di bumi, umur sang suami yaitu 30 + 5.3 = 35.3 tahun.