Relativitas umum - melengkungnya ruang waktu (general relativity)

Kali ini kita akan membahas teori yang paling menakjubkan di abad ke-20 yaitu teori relativitas umum. banyak sekali kendala yang dialami untuk menjelaskan secara matematis bagaimana sebenarnya dunia ini bekerja, contohnya seperti bagaimana menghitung gerak galaksi yang tranformasi Galilean dan tranformasi laurentz tidak bisa digunakan?. Karena itu untuk mengambarkan peristiwa secara tepat pada skala kosmik kita butuh perluasan lebih lanjut dari mekanika Newtonian di luar relativitas khusus. Kita perlu teori relativitas umum untuk mendiskusikan transmisi cahaya dan hubungan antara koordinat kerangka acuan yang relative dipercepat antara satu dengan yang lainnya. Teori ini bertujuan memodifikasi teori Newton agar sesuai dengan relativitas khusus Einstein. Alasan untuk memodifikasi teori Newton terletak pada relativitas khusus itu sendiri. Ungkapan gaya gravitasi Newton bahwa dua benda bergantung pada massa dan jarak tanpa memberi perhatian terhadap waktu. Didalam pandangan dunia ini juka satu massa bergerak maka yang lainya merasa berubah seketika. Jika benar maka akan memberi efek fisis yang bergerak lebih cepat dari cahaya, dan ini berarti tidak konsisten dengan teori relativitas khusus. Cara mengatasi hal ini adalah dengan menyimpulkan bahwa persamaan gravitasi Newton tidak sepenuhnya benar meski tidak berimplikasi hokum gravitasi Newton salah. Kita dapat menganggap teori Newton salah dalam kondisi tertentu. Misalnya, pada kecepatan tinggi atau pada kondisi dimana mencakup materi dengan massa yang besar. Medan gravitasi hanya memiliki eksistensi relatif, karena bagi pengamat yang jatuh bebas gravitasi itu tidak ada. Jika ada seseorang yang jatuh dan misalnya dia membawa sebuah batu dan dilemparnya batu itu kebawah maka dia akan melihat bola akan bergerak sesuai dengan hukum fisika biasa saat dia diam tanpa gravitasi, begitu pula jika dia melapas batu tersebut hasilnya batu akan bergerak bersamanya tepat seperti dalam keadaan tidak ada medan gravitasi. Kita simak kembali bagaimana gravitasi mempengaruhi suatu benda. Kuantitas massa m memainkan dua peran di dalam persamaan Newton. 1.di dalam hukum gravitasi sebagai massa gravitasi mg 2.di dalam hukum kedua Newton sebagai massa inersia, m1 Dua kuantitas ini tidak harus sama: peran pertama menceritakan pada benda seberapa kuat gaya gravitasi yang akan dialami. Peran kedua dari m adalah mengatakan pada benda seberapa kuat percepatan yang diberikan oleh suatu gaya. Menurut Newton apabila dua objek M dan m dipisahkan oleh jarak r maka pada keduanya akan terjadi gaya tarik yang disebut gaya gravitasi.

Misalnya , M adalah massa bumi yang mengakibatkan gravitasi disekitarnya. Jelas, bahwa medan gravitasi riel adalah konstanta yang local: g mengarah ke pusat bumi besar dan arahnya bervariasi dari satu titik ke titik yang lain. Jika persamaan diatas di hubungkan degan hukum II Newton maka akan menghasilkan persamaan

Hasil pengamatan Galilei dan pengukuran sesudahnya yang menguji pengamatannya menyatakan bahwa massa gravitasi dan massa inersia sama untuk semua benda. Eotvos mengukur kesamaan ini dengan akurasi lebih dari 10-8 . Hasil pengukuran terkini memberikan

Kesamaan dua massa diatas dikembangkan oleh Einstein dalam postulat prinsip ekivalensi yang menyatakan bahwa massa inersia dan massa gravitasional adalah identik. Keseluruhan teori relativitas umum bersandar pada postulat ini dan akan runtuh jika seseorang dapat menemukan materi yang massa inersia dan massa gravitasionalnya berbeda. Sekarang kita akan bahas lagi tentang kerelatifan gravitasi. Bayangkan seorang pengamat yang dimasukkan ke dalam kotak dan dijatuhkan dalam medan gravitasi, karena kotak tertutup maka pengamat di dalam kotak tidak akan merasakan bahwa dia sedang ada dalam medan gravitasi karena semua hukum fisika yang dia alami akan sama dengan apa yang dia alami saat tidak ada medan gravitasi. Kenyataan tersebut terjadi akibat kesamaan antara massa inersia dengan massa gravitasional. Pelajaran yang dapat diambil adalah bagi gaya gravitasi kita selalu dapat memilih satu kerangka acuan yang mana pengamat tidak akan mengalami efek gravitasi di lingkungan sekitarnya. Kerangka acuan dalam hal ini adalah jatuh bebas. Lalu apa yang dialami cahaya dalam gravitasi apabila pengamat yang dipercepat harus melihat cahaya pada lintasan lurus sedangkan pengamat yang tidak dipercepat harus melihat cahaya melewati pengamat yang dipercepat dengan lintasan yang tidak lurus. Dalam hal ini sudahlah sangat jelas pemecahan masalah yang paling tepat adalah “cahaya dibelokkan oleh gaya gravitasi”. Mungkin ini hal yang sangat aneh, mana mungkin materi tak bermassa seperti cahaya dapat dibelokkan oleh gaya gravitasi. Hal ini memang aneh tapi itulah yang terjadi karena dalam persamaan terindah sepanjang masa versi abang Nurdin (saya sendiri) yaitu E=Mc2 bahwa pada dasarnya massa adalah energi yang memadat atau energi (seperti cahaya) adalah massa yang terbebas. Sekarang bagaimana dengan entitas waktu dalam medan gravitasi. Jika cahaya adalah sesuatu yang mutlak tapi dapat di akali atau di manipulasi dalam medan gravitasi maka sudah jelas entitas waktu yang derajat kemutlakannya dibawah cahaya dapat mengalami dilatasi atau juga pemelaran. Jika cahaya dibelokkan dan waktu dimanipulasi dalam medan gravitasi tentunya keadaan ruang waktu dalam medan gravitasi juga senantiasa terpengaruh. Didalam relativitas khusus terdapat kesimpulan bahwa keadaan gerak dari pengamat terhadap laboratorium menentukan laju detak jam terhadap jam lab. Dengan demikian, ruang dan waktu bercampur: posisi pengamat menentukan keadaan geraknya, dan hal ini pada gilirannya menentukan laju detak jam terhadap jam lab. Sekarang perhatikan objek yang bergerak didalam medan gravitasi, tepatnya di wilayah ruang hampa di sekitar bintang-bintang. Asumsikan bahwa gaya yang dirasakan disini adalah tarikan gravitasional bintang-bintang. Karena itu, jika semua benda, orang dan hewan memasuki wilayah ini akan dipercepat dengan cara yang tepat sama. Maka, kita dapat menyatakan bahwa wilayah di ruang tersebut memiliki sifat yang membangkitkan akselerasi. Hal yang perlu kita ingat adalah wilayah yang kita tinjau adalah ruang hampa dan sifat-sifat wilayah tersebut akan menentukan gerak sesuatu yang melaluinya. Sifat-sifat ini merupakan hasil tarikan gravitasional dari objek-objek berat yang berdekatan. Kesimpulannya adalah gravitasi merubah sifat ruang. Kita juga telah melihat laju detak jam melambat dalam medan gravitasi, ini berarti gravitasi merubah sifat ruang dan waktu. Ruang dan waktu adalah objek yang memiliki sifat dipengaruhi oleh materi dan energi, perubahan ruang waktu kemudian mempengaruhi gerak benda. Kesimpulannya adalah MATERI MENCERITAKAN BAGAIMANA RUANG-WAKTU MELENGKUNG DAN RUANG-WAKTU MENCERITAKAN BAGAIMANA MATERI BERGERAK.