Relativitas merupakan subjek yang penting berkaitan dengan pengukuran dan pengamatan tentang dimana dan kapan suatu kejadian terjadi dan bagaimana kejadian tersebut dianalisa dan diukur menurut suatu kerangka acuan yang bergerak relatif terhadap kerangka yang lain. Topik tentang relativitas sebenarnya ada 2 bagian yaitu Relativitas Khusus (Special Relativity) dan Relativitas Umum
(General Relativity). Dalam TRK subjek yang menjadi fokus adalah kerangka acuan yang inersia. Ingat pengertian tentang kerangka acuan yang inersia yaitu kerangka acuan yang padanya hukum gerak Newton berlaku. Sedangkan TRU berkaitan dengan situasi yang lebih rumit dimana kerangka acuan mengalami percepatan gravitasi.
TRK didasari pada postulat Einstein yang mengubah pemahaman klasik tentang relativitas. Pemahaman klasik tentang relativitas didasari konsep Galileo. Postulat Einstein meskipun nampak aneh dan sulit dipahami namun kenyataan eskperimen modern sesuai dengan postulat tersebut dan perkembangan teknologi modern saat ini semua didasari postulat tersebut. Dua postulat Relativitas Kuhus Einstein adalah :
• Postulat relativitas : Hukum - hukum fisika berlaku sama untuk setiap pengamat di dalam kerangka acuan yang inersial, Galileo mengasumsikan bahwa yang berlaku sama adalah hukum – hukum mekanika. Postulat Einstein memperluas cakupan termasuk hukum – hukum elektromagnetik dan optik. Yang sama bukan hasil pengukura, melainkan hukum – hukum fisikanya.
• Postulat kelajuan cahaya : Laju cahaya dalam vakum adalah c dalam segala arah dan dalam semua kerangka acuan yang inersia. Ini berarti terdapat nilai batas alami laju benda. Atau dapat diakatakan bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa selalu konstan (sekitar tiga ratus juta meter per detik, atau sering ditulis dalam bentuk kerennya: 3.108 meter per detik).
Postulat yang kedua ini menunjukkan bahwa bagaimanapun cara kita mengukurnya, kecepatan cahaya tidak pernah berubah. Apa pun patokan yang kita gunakan untuk mengukur kecepatan cahaya, di mana pun posisi kita saat mengukur, dan berapa pun kecepatan kita (apakah kita sedang bergerak atau sedang duduk diam) saat mengukur, kecepatan cahaya selalu konstan. Ini menunjukkan bahwa kecepatan cahaya merupakan satu-satunya yang bersifat absolut. Postulat yang pertama pun menyatakan bahwa kondisi ini selalu berlaku di mana pun juga. Ini berarti, jika kita mengukur kecepatan cahaya di galaksi lain, kita tetap mendapatkan hasil yang sama, yaitu tiga ratus juta meter per detik.
Ada konsekuensi dari teori relativitas ini. Yang paling terkenal adalah mulurnya waktu dan kontraksi panjang. Mulurnya waktu, atau bahasa kerennya Time Dilation, ini maksudnya bahwa jika suatu jam bergerak dengan kecepatan tertentu, waktunya akan memuai (mulur). Ada yang lebih seru lagi dari ini. The Twin Paradox. Menurut Teori Relativitas Khusus, ruang dan waktu tidak absolut, melainkan relatif. Artinya, ruang dan waktu berbeda untuk setiap orang. Bagaimana seseorang mengalami kejadian dalam ruang dan waktu bergantung pada dua hal: di mana orang tersebut mengamatinya dan seberapa cepat ia bergerak bila dibandingkan dengan kecepatan cahaya..Sesuai dengan rumus, kecepatan (v) adalah jarak (d) dibagi waktu (t). Jika v adalah konstan, t dan d-lah yang seharusnya berubah-ubah. Salah satu konsekuensi adalah bahwa jam yang ada di dalam sesuatu yang bergerak selalu berdetak lebih lambat ketimbang jam yang diam di tempat.
Dari sini muncul hipotesis yang terkenal paradoks kembar. Sepasang kembar dipisahkan, seorang menjadi astronot diterbangkan dengan roket berkecepatan tinggi menjelajahi galaksi dan kembali ke bumi, yang lain tinggal di bumi. Meskipun kecepatan roket mendekati kecepatan cahaya, butuh 10 ribu tahun bagi astronot itu menjelajah galaksi dan kembali ke titik tertentu di bumi. Karena geraknya relatif tinggi, usia astronot itu lebih lama ketimbang orang lain yang tinggal di bumi. Astronot akan kembali ke bumi hanya lebih tua beberapa tahun dari waktu ia meluncur. Sementara itu, saudara kembarnya sudah lama meninggal.
Menurut Einstein, semakin besar kecepatan gerak suatu benda atau partikel, waktu akan berjalan semakin lambat bagi benda atau partikel tersebut. Saat kecepatannya mendekati kecepatan cahaya, waktu berjalan sangat lambat. Einstein meyatakan postulatnya dengan rumus sebagai berikut :
Dari rumus tersebut diketahui bahwa apabila ada suatu partikel atau seorang yang dapat bergerak mndekati kecepatan cahaya maka akan terjadi time dilatation. Hal ini sudah dapat dibuktikan dengan adanya peristwa paradoks kembar. Peristiwa ini banyak disubut bahwa orang yang sudah dapat mengalami time dilatation telah melompot ke masa denpan. Orang yang sudah mengalmi time dilatation sudah datang ke masa depan bagi orang yang tidak mengalmi time dilatation. Tetapi pertanyaannya adalah kalau orang yang telah mengalami time dilatation telah datang masa depan kenapa tidak ada dirinya yang ada dimasa depan yang telah megalami penuaan umur. Ini terjadi karena sebetulnya dia tidak datang ke masa depat tetapi dia hanya mengalami time dilatation atau pemuluran waktu.
Nah, kalau kecepatan bisa membuat kita dapat memperpendek waktu dan bukan lompat ke masa depan, apakah kita bisa lompat ke masa lalu dengan menggunakan rumusan Eistein tersebut apabila kita dapat melampui kecepatan cahaya. Padahal kita tahu tidak ada (belum ada) satu pun benda atau partikel yang bisa bergerak melebihi kecepatan cahaya. Menurut teori kuantum, cahaya adalah gabungaan antara partikel dan juga gelombang.Partikel memiliki massa, namun gelombang tidak. Bila suatu materi mendekati kecepatan cahaya, maka materi tersebut akan semakin mengecil (dipampatkan) dan massa materi tersebut akan semakin bertambah (relativitas). Bila suatu materi materi tersebut melewati kecepatan sahaya, secara otomatis keberadaanya akan musnah (materi tersebut pecah karena pemampatan). Jadi dapat disimpulkan bahwa kecepatan maksimum dari suatu benda adalah kecepatan cahaya itu sendiri. Sehingga tidak dimungkinkan suatu benda dapat melewati batas tersebut. Sampai dengan saat ini belum ditemukan sesuatu yang dapat bergerak melebihi kecepatan cahaya kalaupun ada bukankah tidak mungikin bahwa postulat einstein tersebut dapat berubah sehingga pernyataan manusia dapat melompat ke masa lalu dapat diragukan.
Disamping Teori Relativitas Khusus, Einstein juga mengembangkan Teori Relativitas Umum (The General Theory of Relativity).Dalam teori relativitas umum Einstein dijelaskan bahwa ruang-waktu adalah relatif. dalam medan gravitasi yang sangat besar ruang-waktu mengalami perubahan, dalam teori ini dikatakan ruang-waktu dapat melengkung. karena cahaya bergerak dalam ruang-waktu yang melengkung maka cahayapun menjadi relatif (ini merupakan kajian yang lebih spesifik dari teori relativitas). coba bayangkan pada sebuah penghapus karet gambar sebuah garis lurus yang melintang, saat karet penghapus ditekuk maka garis lurus yang terdapat padanyapun ikut melengkung. jika diibaratkan karet penghapus adalah ruang-waktu dan garis lurus adalah cahaya (karena cahaya bergerak lurus dalam ruang), maka itulah yang terjadi dengan cahaya yang bergerak dekat medan gravitasi yang besar (akan melengkung atau membelok) dan kecepatannya berubah)
Einstein menyatakan bahwa gaya tarik gravitasi dapat memperlambat waktu! Menurut Einstein, jam dinding yang dipasang di ruang bawah tanah (lebih dekat ke pusat bumi sehingga mengalami gaya tarik gravitasi yang lebih besar) berjalan lebih lambat dibanding jam dinding yang dipasang di tingkat tertinggi suatu gedung. Tentu saja perbedaannya sangat kecil dan hanya bisa dideteksi oleh jam atom. Tetapi ini berarti bahwa waktu berjalan lebih cepat di ruang angkasa (karena sangat jauh dari pusat bumi sehingga gravitasinya sangat kecil, bahkan mendekati nol).
Jadi, yang mempengaruhi waktu bukan hanya kecepatan, tetapi juga gravitasi. Ini berarti kita bisa kembali ke masa lalu kita dengan memanfaatkan medan gravitasi yang sangat kuat. Black hole atau lubang hitam merupakan medan yang memiliki gravitasi paling kuat. Saking kuatnya, lubang hitam ini bisa menyedot apa saja ke dalamnya! Tidak ada yang bisa menghindari tarikan gravitasinya, termasuk cahaya. Cahaya atau partikel lain yang tersedot lubang hitam akan langsung dilahap habis (dari sinilah asal istilah Lubang HITAM). Semua yang tadinya ada menjadi tidak ada. Banyak ilmuwan yang memperkirakan lubang hitam bisa menjadi pintu untuk kembali ke masa lalu karena gravitasinya yang begitu kuat. Tetapi semua partikel akan hancur jika masuk ke lubang hitam! Bagaimana bisa kembali ke masa lalu jika kita sudah keburu hancur?
Para fisikawan akhirnya melirik ‘adik’ dari lubang hitam, yang kita kenal sebagai Wormhole (Lubang Cacing). Wormhole juga merupakan medan yang memiliki gravitasi yang sangat kuat, tetapi tidak seperti ‘kakak’nya. Jika suatu benda atau partikel masuk ke salah satu ujung lubang cacing, partikel itu masih bisa keluar di ujung lainnya (ada ‘pintu masuk’ dan ‘pintu keluar’nya). Jalur yang harus ditempuh dalam wormhole jauh lebih pendek dibanding jalur konvensional (merupakan jalan pintas). Ini analogi dengan terowongan di bawah bukit. Perjalanan melalui bukit tentunya lebih jauh dibanding jarak yang harus ditempuh
jika kita melewati terowongan yang terletak di bawah bukit tersebut.
Pembentukan wormhole didukung oleh, lagi-lagi, teori relativitas Einstein. Menurut Einstein, massa dapat menyebabkan waktu ruang (spacetime) menjadi melengkung (curved). Warmhole terjadi jika ada 2 medan gravitasi yang sangat kuat terjadi di dua tempat dan terjadi interaksi antara 2 medan gravitasi tersebut. Sehingga dengan melalui warmhole tersebut kita dapat memotong jarak yang akan ditempuh dalam waktu yang lama dapat ditempuh dengan waktu yang cukup pendek dengan bantuan gravitasi dan kecepatan. ormhole memungkinkan kita untuk ‘memotong jalan’ sehingga bisa sampai di Sirius hanya dalam waktu beberapa saat saja. Kita pun bisa menjelajahi jagad raya dalam waktu yang singkat!
Misalnya ada wormhole yang pintu masuknya tidak jauh dari atmosfer Bumi, tetapi pintu keluarnya berada di dekat bintang yang dipenuhi partikel netron (neutron star) yang memiliki gravitasi sangat tinggi. Kita tahu bahwa pada ketinggian di atas atmosfer bumi gaya gravitasi bumi semakin kecil karena menjauhi pusat bumi. Ini berarti di pintu masuk wormhole waktu berjalan cepat, tetapi di pintu keluarnya waktu berjalan sangat lambat (karena adanya gravitasi bintang).
(General Relativity). Dalam TRK subjek yang menjadi fokus adalah kerangka acuan yang inersia. Ingat pengertian tentang kerangka acuan yang inersia yaitu kerangka acuan yang padanya hukum gerak Newton berlaku. Sedangkan TRU berkaitan dengan situasi yang lebih rumit dimana kerangka acuan mengalami percepatan gravitasi.
TRK didasari pada postulat Einstein yang mengubah pemahaman klasik tentang relativitas. Pemahaman klasik tentang relativitas didasari konsep Galileo. Postulat Einstein meskipun nampak aneh dan sulit dipahami namun kenyataan eskperimen modern sesuai dengan postulat tersebut dan perkembangan teknologi modern saat ini semua didasari postulat tersebut. Dua postulat Relativitas Kuhus Einstein adalah :
• Postulat relativitas : Hukum - hukum fisika berlaku sama untuk setiap pengamat di dalam kerangka acuan yang inersial, Galileo mengasumsikan bahwa yang berlaku sama adalah hukum – hukum mekanika. Postulat Einstein memperluas cakupan termasuk hukum – hukum elektromagnetik dan optik. Yang sama bukan hasil pengukura, melainkan hukum – hukum fisikanya.
• Postulat kelajuan cahaya : Laju cahaya dalam vakum adalah c dalam segala arah dan dalam semua kerangka acuan yang inersia. Ini berarti terdapat nilai batas alami laju benda. Atau dapat diakatakan bahwa kecepatan cahaya di ruang hampa selalu konstan (sekitar tiga ratus juta meter per detik, atau sering ditulis dalam bentuk kerennya: 3.108 meter per detik).
Postulat yang kedua ini menunjukkan bahwa bagaimanapun cara kita mengukurnya, kecepatan cahaya tidak pernah berubah. Apa pun patokan yang kita gunakan untuk mengukur kecepatan cahaya, di mana pun posisi kita saat mengukur, dan berapa pun kecepatan kita (apakah kita sedang bergerak atau sedang duduk diam) saat mengukur, kecepatan cahaya selalu konstan. Ini menunjukkan bahwa kecepatan cahaya merupakan satu-satunya yang bersifat absolut. Postulat yang pertama pun menyatakan bahwa kondisi ini selalu berlaku di mana pun juga. Ini berarti, jika kita mengukur kecepatan cahaya di galaksi lain, kita tetap mendapatkan hasil yang sama, yaitu tiga ratus juta meter per detik.
Ada konsekuensi dari teori relativitas ini. Yang paling terkenal adalah mulurnya waktu dan kontraksi panjang. Mulurnya waktu, atau bahasa kerennya Time Dilation, ini maksudnya bahwa jika suatu jam bergerak dengan kecepatan tertentu, waktunya akan memuai (mulur). Ada yang lebih seru lagi dari ini. The Twin Paradox. Menurut Teori Relativitas Khusus, ruang dan waktu tidak absolut, melainkan relatif. Artinya, ruang dan waktu berbeda untuk setiap orang. Bagaimana seseorang mengalami kejadian dalam ruang dan waktu bergantung pada dua hal: di mana orang tersebut mengamatinya dan seberapa cepat ia bergerak bila dibandingkan dengan kecepatan cahaya..Sesuai dengan rumus, kecepatan (v) adalah jarak (d) dibagi waktu (t). Jika v adalah konstan, t dan d-lah yang seharusnya berubah-ubah. Salah satu konsekuensi adalah bahwa jam yang ada di dalam sesuatu yang bergerak selalu berdetak lebih lambat ketimbang jam yang diam di tempat.
Dari sini muncul hipotesis yang terkenal paradoks kembar. Sepasang kembar dipisahkan, seorang menjadi astronot diterbangkan dengan roket berkecepatan tinggi menjelajahi galaksi dan kembali ke bumi, yang lain tinggal di bumi. Meskipun kecepatan roket mendekati kecepatan cahaya, butuh 10 ribu tahun bagi astronot itu menjelajah galaksi dan kembali ke titik tertentu di bumi. Karena geraknya relatif tinggi, usia astronot itu lebih lama ketimbang orang lain yang tinggal di bumi. Astronot akan kembali ke bumi hanya lebih tua beberapa tahun dari waktu ia meluncur. Sementara itu, saudara kembarnya sudah lama meninggal.
Menurut Einstein, semakin besar kecepatan gerak suatu benda atau partikel, waktu akan berjalan semakin lambat bagi benda atau partikel tersebut. Saat kecepatannya mendekati kecepatan cahaya, waktu berjalan sangat lambat. Einstein meyatakan postulatnya dengan rumus sebagai berikut :
Dari rumus tersebut diketahui bahwa apabila ada suatu partikel atau seorang yang dapat bergerak mndekati kecepatan cahaya maka akan terjadi time dilatation. Hal ini sudah dapat dibuktikan dengan adanya peristwa paradoks kembar. Peristiwa ini banyak disubut bahwa orang yang sudah dapat mengalami time dilatation telah melompot ke masa denpan. Orang yang sudah mengalmi time dilatation sudah datang ke masa depan bagi orang yang tidak mengalmi time dilatation. Tetapi pertanyaannya adalah kalau orang yang telah mengalami time dilatation telah datang masa depan kenapa tidak ada dirinya yang ada dimasa depan yang telah megalami penuaan umur. Ini terjadi karena sebetulnya dia tidak datang ke masa depat tetapi dia hanya mengalami time dilatation atau pemuluran waktu.
Nah, kalau kecepatan bisa membuat kita dapat memperpendek waktu dan bukan lompat ke masa depan, apakah kita bisa lompat ke masa lalu dengan menggunakan rumusan Eistein tersebut apabila kita dapat melampui kecepatan cahaya. Padahal kita tahu tidak ada (belum ada) satu pun benda atau partikel yang bisa bergerak melebihi kecepatan cahaya. Menurut teori kuantum, cahaya adalah gabungaan antara partikel dan juga gelombang.Partikel memiliki massa, namun gelombang tidak. Bila suatu materi mendekati kecepatan cahaya, maka materi tersebut akan semakin mengecil (dipampatkan) dan massa materi tersebut akan semakin bertambah (relativitas). Bila suatu materi materi tersebut melewati kecepatan sahaya, secara otomatis keberadaanya akan musnah (materi tersebut pecah karena pemampatan). Jadi dapat disimpulkan bahwa kecepatan maksimum dari suatu benda adalah kecepatan cahaya itu sendiri. Sehingga tidak dimungkinkan suatu benda dapat melewati batas tersebut. Sampai dengan saat ini belum ditemukan sesuatu yang dapat bergerak melebihi kecepatan cahaya kalaupun ada bukankah tidak mungikin bahwa postulat einstein tersebut dapat berubah sehingga pernyataan manusia dapat melompat ke masa lalu dapat diragukan.
Disamping Teori Relativitas Khusus, Einstein juga mengembangkan Teori Relativitas Umum (The General Theory of Relativity).Dalam teori relativitas umum Einstein dijelaskan bahwa ruang-waktu adalah relatif. dalam medan gravitasi yang sangat besar ruang-waktu mengalami perubahan, dalam teori ini dikatakan ruang-waktu dapat melengkung. karena cahaya bergerak dalam ruang-waktu yang melengkung maka cahayapun menjadi relatif (ini merupakan kajian yang lebih spesifik dari teori relativitas). coba bayangkan pada sebuah penghapus karet gambar sebuah garis lurus yang melintang, saat karet penghapus ditekuk maka garis lurus yang terdapat padanyapun ikut melengkung. jika diibaratkan karet penghapus adalah ruang-waktu dan garis lurus adalah cahaya (karena cahaya bergerak lurus dalam ruang), maka itulah yang terjadi dengan cahaya yang bergerak dekat medan gravitasi yang besar (akan melengkung atau membelok) dan kecepatannya berubah)
Einstein menyatakan bahwa gaya tarik gravitasi dapat memperlambat waktu! Menurut Einstein, jam dinding yang dipasang di ruang bawah tanah (lebih dekat ke pusat bumi sehingga mengalami gaya tarik gravitasi yang lebih besar) berjalan lebih lambat dibanding jam dinding yang dipasang di tingkat tertinggi suatu gedung. Tentu saja perbedaannya sangat kecil dan hanya bisa dideteksi oleh jam atom. Tetapi ini berarti bahwa waktu berjalan lebih cepat di ruang angkasa (karena sangat jauh dari pusat bumi sehingga gravitasinya sangat kecil, bahkan mendekati nol).
Jadi, yang mempengaruhi waktu bukan hanya kecepatan, tetapi juga gravitasi. Ini berarti kita bisa kembali ke masa lalu kita dengan memanfaatkan medan gravitasi yang sangat kuat. Black hole atau lubang hitam merupakan medan yang memiliki gravitasi paling kuat. Saking kuatnya, lubang hitam ini bisa menyedot apa saja ke dalamnya! Tidak ada yang bisa menghindari tarikan gravitasinya, termasuk cahaya. Cahaya atau partikel lain yang tersedot lubang hitam akan langsung dilahap habis (dari sinilah asal istilah Lubang HITAM). Semua yang tadinya ada menjadi tidak ada. Banyak ilmuwan yang memperkirakan lubang hitam bisa menjadi pintu untuk kembali ke masa lalu karena gravitasinya yang begitu kuat. Tetapi semua partikel akan hancur jika masuk ke lubang hitam! Bagaimana bisa kembali ke masa lalu jika kita sudah keburu hancur?
Para fisikawan akhirnya melirik ‘adik’ dari lubang hitam, yang kita kenal sebagai Wormhole (Lubang Cacing). Wormhole juga merupakan medan yang memiliki gravitasi yang sangat kuat, tetapi tidak seperti ‘kakak’nya. Jika suatu benda atau partikel masuk ke salah satu ujung lubang cacing, partikel itu masih bisa keluar di ujung lainnya (ada ‘pintu masuk’ dan ‘pintu keluar’nya). Jalur yang harus ditempuh dalam wormhole jauh lebih pendek dibanding jalur konvensional (merupakan jalan pintas). Ini analogi dengan terowongan di bawah bukit. Perjalanan melalui bukit tentunya lebih jauh dibanding jarak yang harus ditempuh
jika kita melewati terowongan yang terletak di bawah bukit tersebut.
Pembentukan wormhole didukung oleh, lagi-lagi, teori relativitas Einstein. Menurut Einstein, massa dapat menyebabkan waktu ruang (spacetime) menjadi melengkung (curved). Warmhole terjadi jika ada 2 medan gravitasi yang sangat kuat terjadi di dua tempat dan terjadi interaksi antara 2 medan gravitasi tersebut. Sehingga dengan melalui warmhole tersebut kita dapat memotong jarak yang akan ditempuh dalam waktu yang lama dapat ditempuh dengan waktu yang cukup pendek dengan bantuan gravitasi dan kecepatan. ormhole memungkinkan kita untuk ‘memotong jalan’ sehingga bisa sampai di Sirius hanya dalam waktu beberapa saat saja. Kita pun bisa menjelajahi jagad raya dalam waktu yang singkat!
Misalnya ada wormhole yang pintu masuknya tidak jauh dari atmosfer Bumi, tetapi pintu keluarnya berada di dekat bintang yang dipenuhi partikel netron (neutron star) yang memiliki gravitasi sangat tinggi. Kita tahu bahwa pada ketinggian di atas atmosfer bumi gaya gravitasi bumi semakin kecil karena menjauhi pusat bumi. Ini berarti di pintu masuk wormhole waktu berjalan cepat, tetapi di pintu keluarnya waktu berjalan sangat lambat (karena adanya gravitasi bintang).
