Teori Relativitas Albert Einstein dan Pembuktiannya

tirto.id - Nama Albert Einstein tentu sudah tidak asing lagi di telinga saintis. Sosoknya lekat dengan berbagai pemikiran revolusioner yang mengubah cara pandang dan pemahaman manusia terhadap alam semesta.

Salah satu karyanya yang paling terkenal adalah teori relativitas. Teori itu juga yang mengantarkannya pada panggung penghargaan Nobel. Ia menggondol penghargaan itu pada 1921 di bidang fisika.

Teori relativitas terdiri dari dua bagian utama, yaitu teori relativitas khusus dan teori relativitas umum. Teori Relativitas Khusus (1905) menjelaskan, hukum fisika berlaku sama bagi semua pengamat dalam gerak lurus beraturan, dan kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan.

Sementara itu, teori relativitas umum menjelaskan gravitasi bukan sebagai gaya tarik-menarik antar-benda, melainkan sebagai kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi.

Pengertian Teori Relativitas Einstein

Tepatnya pada tahun 1916, teori relativitas Einstein menggebrak dunia sains. Teori ini menjadi salah satu gagasan paling revolusioner dalam sejarah, merevolusi pemahaman tentang ruang, waktu, dan gravitasi.

Sebelum Einstein, Sir Isaac Newton pada 1687 telah mengemukakan hukum gravitasi yang mendominasi ilmu pengetahuan selama berabad-abad.

Teori relativitas Einstein melengkapinya dengan lingkup lebih luas. Teori relativitas Einstein adalah teori yang menjelaskan bahwa hukum fisika berlaku sama di mana pun tetapi ruang dan waktu bukanlah konsep absolut.

Einstein menunjukkan bahwa cara memandang ruang dan waktu dapat memengaruhi cara kita melihat kejadian, sehingga membuatnya relatif. Ruang dan waktu saling terhubung dalam sebuah kontinum tunggal yang disebut ruang-waktu (spacetime).

Bagaimana Einstein Menemukan Teori Relativitas?

Dilansir Space, Einstein menilai hukum fisika Newton, yang telah mendominasi ilmu pengetahuan selama berabad-abad, tidak dapat menjelaskan dengan sempurna beberapa fenomena alam. Salah satu contohnya adalah orbit Merkurius yang menunjukkan presesi (pergeseran) yang tidak terduga.

Hal inilah yang mendorong Einstein mencari teori baru yang lebih komprehensif. Pada tahun 1905, Einstein menerbitkan teori relativitas khusus, yang didasarkan pada dua anggapan dasar (postulat) utama, yakni:

• Hukum fisika berlaku sama bagi semua pengamat dalam gerak lurus beraturan.
• Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan untuk semua pengamat, terlepas dari gerakan sumber cahaya atau pengamat.

Anggapan dasar tersebut membawa perubahan paradigma dalam pemahaman ruang, waktu, dan massa. Salah satu konsekuensi pentingnya adalah rumus E=mc². Rumus tersebut menunjukkan kesetaraan massa dan energi, yang menjadi salah satu persamaan paling terkenal dalam sejarah sains.

Sepuluh tahun kemudian, Einstein menerbitkan teori relativitas umum, yang merupakan teori gravitasi yang lebih komprehensif. Teori ini menjelaskan, gravitasi bukan sebagai gaya tarik-menarik antar-benda, melainkan kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi.

Apa Saja Teori Relativitas Einstein Yang Sudah Terbukti?

Sejak dirumuskan, teori relativitas Einstein telah diuji dan terbukti kebenarannya melalui berbagai eksperimen dan pengamatan. Berikut beberapa contohnya:

1. Pembelokan cahaya oleh gravitasi

Pada 1919, Sir Arthur Eddington mengamati bahwa cahaya dari bintang yang jauh mengalami pembelokan saat melewati Matahari, sesuai prediksi teori relativitas umum. Tahun 1980, teori relativitas Einstein sempat dinilai tidak valid oleh sainstis, Earman dan Glymour.

Namun, bukti teori relativitas Einstein tersebut dikonfirmasi kevalidannya, sebagaimana dijelaskan kembali dalam The Royal Society Journal of the History of Science (2021) jilid 76 edisi 1.

2. Persepsi waktu gravitasi

Jam atom di orbit Bumi berjalan lebih lambat daripada jam atom di Bumi, sesuai prediksi teori relativitas umum. Hal ini dapat dibuktikan dengan percobaan jam atom. Jam atom di orbit Bumi, seperti yang ada di satelit GPS, berjalan lebih lambat daripada jam atom di Bumi. Perbedaan ini sangat kecil, sekitar 45 mikrodetik per detik, tetapi dapat diukur dengan presisi tinggi.

Pemuaian waktu gravitasi ini terjadi karena gravitasi dapat melengkungkan ruang-waktu. Jam yang berada di medan gravitasi yang lebih kuat mengalami lebih banyak "kelengkungan" ruang-waktu, sehingga waktu berjalan lebih lambat bagi mereka.

3. Gelombang gravitasi

Menukil dari eoPortal, pada 11 Februari 2016, dunia sains dikejutkan dengan penemuan monumental: deteksi gelombang gravitasi.

Kolaborasi Laser Interferometric Gravitational-wave Observatory (LIGO) mengumumkan bahwa mereka telah mengamati riak-riak pada struktur ruang-waktu yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Deteksi gelombang gravitasi menjadi salah satu bukti kuat teori relativitas umum Einstein, bahwa gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi.

4. Pergeseran warna merah

Eksperimen menarik lainnya terkait teori relativitas Einstein adalah terkait pergeseran merah. Kesimpulan tersebut bergantung pada efek Doppler kuno.

Efek Doppler menyebut, apabila ada sesuatu yang menjauh dari kita, suara yang dihasilkan akan melebar, frekuensinya juga lebih rendah.

Efek ini juga berlaku pada cahaya. Ketika mobil menjauh dari kita, lampunya yang merah akan tampak sedikit lebih kontras dibanding saat kendaraan tersebut diam.

Bukti teori relativitas Einstein ditunjukkan oleh Robert Pound dan Glen Rebka pada 1959. Ia mengukur pergeseran merah cahaya saat cahaya menempuh jarak beberapa lantai di Laboratorium Jefferson Universitas Harvard.

5. Orbit Merkurius

Teori relativitas umum menjelaskan dengan tepat pergeseran kecil pada orbit Merkurius yang tidak dapat dijelaskan oleh fisika Newton.

Orbit Merkurius selalu menjadi teka-teki bagi para astronom. Berbeda dengan planet lain, orbit Merkurius menunjukkan sedikit keanehan, yaitu mengalami pergeseran yang tidak dapat dijelaskan oleh hukum fisika Newton.

Pada abad ke-19, seorang ahli matematika bernama Urbain Le Verrier mencoba memecahkan misteri ini dengan berteori bahwa terdapat planet lain, yakni Vulcan. Planet tersebut terletak di antara Merkurius dan Matahari. Gravitasi Vulcan, menurut Le Verrier, menyebabkan presesi orbit Merkurius.

Meskipun banyak pencarian dilakukan, Vulcan tidak pernah ditemukan. Hal ini mendorong para ilmuwan untuk mencari solusi lain.

Albert Einstein, dengan teori relativitas umum, memberikan solusi yang tepat. Teori ini menjelaskan bahwa gravitasi bukanlah gaya tarik-menarik antara dua benda, melainkan kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh massa dan energi.

Matahari, dengan massanya yang besar, melengkungkan ruang-waktu di sekitarnya. Efek ini semakin kuat dan dekat dengan Matahari. Orbit Merkurius, yang terletak paling dekat dengan Matahari, mengalami efek kelengkungan secara lebih signifikan dibandingkan planet lain.

Oleh karena itu, orbit Merkurius mengalami presesi, yang sesuai dengan prediksi teori relativitas umum. Kecocokan antara teori dan pengamatan ini menjadi salah satu bukti kuat validitas teori relativitas Einstein dan menjadikannya salah satu penemuan paling penting dalam sejarah sains.