Teori Relativitas Einstein

Teori relativitas Albert Einstein adalah sebutan untuk kumpulan dua teori fisika: "relativitas umum" dan "relativitas khusus". Kedua teori ini diciptakan untuk menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik tidak sesuai dengan teori gerakan Newton.

Gelombang elektromagnetik dibuktikan bergerak pada kecepatan yang konstan, tanpa dipengaruhi gerakan sang pengamat. Inti pemikiran dari kedua teori ini adalah bahwa dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan mendapatkan waktu dan interval ruang yang berbeda untuk kejadian yang sama, namun isi hukum fisika akan terlihat sama oleh keduanya.

Relativitas khusus

Tulisan Einstein tahun 1905, "Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak", memperkenalkan teori relativitas khusus. Relativitas khusus menunjukkan bahwa jika dua pengamat berada dalam kerangka acuan lembam dan bergerak dengan kecepatan sama relatif terhadap pengamat lain, maka kedua pengamat tersebut tidak dapat melakukan percobaan untuk menentukan apakah mereka bergerak atau diam. Bayangkan ini seperti saat Anda berada di dalam sebuah kapal selam yang bergerak dengan kecepatan tetap. Anda tidak akan dapat mengatakan apakah kapal selam tengah bergerak atau diam. Teori relativitas khusus disandarkan pada postulat bahwa kecepatan cahaya akan sama terhadap semua pengamat yang berada dalam kerangka acuan lembam.

Postulat lain yang mendasari teori relativitas khusus adalah bahwa hukum fisika memiliki bentuk matematis yang sama dalam kerangka acuan lembam manapun. Dalam teori relativitas umum, postulat ini diperluas untuk mencakup tidak hanya kerangka acuan lembam, namun menjadi semua kerangka acuan.

Relativitas umum

Relativitas umum diterbitkan oleh Einstein pada 1916 (disampaikan sebagai satu seri pengajaran di hadapan "Prussian Academy of Science" 25 November 1915). Akan tetapi, seorang matematikawan Jerman David Hilbert menulis dan menyebarluaskan persamaan sejenis sebelum Einstein. Ini tidak menyebabkan tuduhan pemalsuan oleh Einstein, tetapi kemungkinan mereka merupakan para pencipta relativitas umum.

Teori relativitas umum menggantikan hukum gravitasi Newton. Teori ini menggunakan matematika geometri diferensial dan tensor untuk menjelaskan gravitasi. Teori ini memiliki bentuk yang sama bagi seluruh pengamat, baik bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan lembam ataupun bagi pengamat yang bergerak dalam kerangka acuan yang dipercepat. Dalam relativitas umum, gravitasi bukan lagi sebuah gaya (seperti dalam Hukum gravitasi Newton) tetapi merupakan konsekuensi dari kelengkungan (curvature) ruang-waktu. Relativitas umum menunjukkan bahwa kelengkungan ruang-waktu ini terjadi akibat kehadiran massa.

BUKTI KEBENARAN TEORI RELATIVITAS EINSTEIN

Dua pemikiran ilmuwan kelahiran Jerman, Albert Einstein tentang teori relativitas telah terbukti kebenarannya oleh misi Gravity Probe B milik NASA. Demikian Majalah Time memberitakan.

“Teori Einstein bertahan,” kata Francis Everitt, kepala penelitian dari Stanford University, California, Amerika Serikat, Rabu (4/5) lalu.

Aspek pertama Einstein yang terbukti adalah efek geodesi atau pembelokan ruang dan waktu di sekitar benda bergravitasi, seperti planet. Sedang aspek kedua terkait “frame dragging”, atau jumlah struktur ruang dan waktu yang terbawa oleh objek berputar.

Dalam perjalanannya mengintari Bumi, pesawat ber-”pelacak bintang” itu mengikuti sebuah bintang bernama IM Pegasi. Jika Einstein benar, arah putaran Gravity Probe B akan berubah sedikit demi sedikit akibat massa dan rotasi Bumi. Namun jika efek geodesi dan frame dragging tidak ada, pelacak bintang akan terkunci dengan bintang itu selamanya.

Everitt menganalogikan efek ini dengan bola berotasi di dalam madu. “Madu dan benda-benda yang juga berada di dalam madu akan terseret,” jelas Everitt.


Gravity Probe B spacecraft. nasa.gov
Benar saja, tim peneliti NASA menemukan ada perubahan orientasi sekitar 6.600 miliarcsecond setahun, sama dengan lebar sehelai rambut manusia dilihat dari jarak 16 kilometer.

Perbedaan sekecil ini, mungkin adalah “sulit” bagi Einstein sendiri untuk menjelaskannya. Namun dalam bukunya The Meaning of Relativity, Einstein menuliskan, “Efek frame dragging muncul berdasarkan teori kami, meskipun tingkatannya sangat kecil sehingga pembuktian dengan entah eksperimen laboratorium apa yang harus dilakukan.”

Ahli fisika Clifford Will dari Washington University di St. Louis, terpisah mengatakan, frame dragging berperan dalam memicu ledakan energi dari kuarsa, galaksi yang sangat jauh yang secara aktif berperan dalam lubang hitam.

Mungkin Anda bertanya-tanya: tentang apa sih ini???

Ya, mari kita sederhanakan. Kita telah diajari bahwa hidup kita ini linear alias mendatar. Silakan ingat-ngat kembali ajaran orang tua: kita lahir, hidup di dunia ini, kemudian meninggal. Sederhanya: Ada masa lalu, masa kini dan masa depan. That’s it! begitulah waktu berjalan lurus! tidak demikian menurut Einstein!

Dalam teori Einstein, bahwa waktu bersifat melengkung. Ibaratnya: Ada sebuah bola bowling (kita namakan materi) dan sebuah permadani Persia yang empuk dan tebal (kita namai waktu). Gelindingkan bola bowling itu di atas karpet. Apa yang terjadi? Bola menggelinding melewati bulu-bulu permadani yang “terinjak” bola bowling (melengkung bukan?), kemudian lurus kembali ketika bola itu melewatinya.

Berarti, pemahaman kita terhadap ruang, adalah salah. Ada Ilmu lain yang mendasari ilmu “Bangun ruang”. Ilmu itu adalah ilmu geometrik. Ada baiknya kita ‘mendalami’ ilmu ini untuk mencari factor utama yang menyebabkan kesalahan permanen pemahaman kita terhadap bangun ruang. Ilmu geometri menjelaskan perihal landasan pikir kita mengenai ukuran-ukuran benda di dalam ruang. Ilmu geometri melandasi ilmu bangun ruang.

Intinya, di dalam ilmu geometri, kita hanya diajari oleh ibu guru dan Bapak guru untuk mengukur jarak dua buah titik yang ada di atas kertas, di atas tanah atau di atas suatu benda fisik lainnya. Bukan jarak tempuh gerak kita dari satu titik ke titik lainnya. Padahal, jarak tempuh gerak kita itu adalah jarak yang telah kita pahami sebagai “Ruang”. Ruang akan mengisi waktu!

Einstein telah menjelaskan bahwa waktu ditentukan oleh massa dan kecepatan. Dalam sejarah manusia, tak seorang pun mampu mengungkapkan fakta ini dengan jelas sebelumnya. Begitulah menurut Einstein.

Kemukjizatan Al-Quran Tentang Teori Relativitas

news.com.au

Albert Einstein

A+ | Reset | A-

REPUBLIKA.CO.ID,  

Dunia sains modern di awal abad ke-20 M dibuat takjub oleh penemuan seorang ilmuwan Jerman bernama Albert Einstein. Fisikawan berkebangsaan Jerman itu pada tahun 1905 memublikasikan teori relativitas khusus (special relativity theory). Satu dasawarsa kemudian, Einstein yang didaulat Majalah Time sebagai tokoh abad XX itu mencetuskan teori relativitas umum (general relativity theory).

Teori relativitas itu dirumuskannya  sebagai E= mc².  Rumus teori relativitasyang begitu populer itu menyatakan kecepatan cahaya adalah konstan. Teori relativitas khusus yang dilontarkan Einstein berkaitan dengan materi dan cahaya yang bergerak dengan kecepatan sangat tinggi.

Sedangkan, teori relativitas umum menyatakan, setiap benda bermassa menyebabkan ruang-waktu di sekitarnya melengkung (efek geodetic wrap). Melalui kedua teori relativitas itu Einstein menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetis tidak sesuai dengan teori gerakan Newton. Gelombang elektromagnetis dibuktikan bergerak pada kecepatan yang  konstan, tanpa dipengaruhi gerakan sang pengamat.

Inti pemikiran kedua teori tersebut menyatakan dua pengamat yang bergerak relatif terhadap masing-masing akan mendapatkan waktu dan interval ruang yang  berbeda untuk kejadian yang sama.  Meski begitu,isi hukum fisik akan terlihat sama oleh keduanya. Dengan ditemukannya teori relativitas, manusia bisa menjelaskan sifat-sifat materi dan struktur alam semesta.

“Pertamakali saya mendapatkan ide untuk membangun teori relativitas  sekitar tahun lalu 1905. Saya tidak dapat mengatakan secara eksak dari mana ide semacam ini muncul, namun saya yakin ide ini berasal dari masalah optik pada benda-benda yang bergerak,” ungkap Einstein saat menyampaikan kuliah umum di depan mahasiswa Kyoto Imperial University pada 4 Desember 1922.

Benarkah Einstein pencetus teori relativitas pertama? Di Barat sendiri ada yang meragukan bahwa teori relativitas pertama kali ditemukan Einstein. Sebab, Ada yang berpendapat bahwa  Teori relativitas pertama kali diungkapkan oleh Galileo Galilei dalam karyanya bertajuk Dialogue Concerning the World's Two Chief Systems pada tahun 1632.

                                                                            ***

Teori relativitas merupakan revolusi dari ilmu matematika dan fisika. Sejatinya,  1.100 tahun sebelum Einstein mencetuskan teori relativitas, ilmuwan Muslim di abad ke-9 M telah meletakkan dasar-dasar teori relativitas. Adalah saintis dan filosof legendaris  bernama Al-Kindi yang mencetuskan teori itu.

Sesungguhnya tak mengejutkan jika ilmuwan besar sekaliber Al-Kindi telah mencetuskan teori itu pada abad ke-9 M.  Apalagi, ilmuwan kelahiran Kufah tahun 801 M itu pasti sangat menguasai  kitab suci Alquran.  Sebab, tak diragukan lagi jika ayat-ayat Alquran mengandung pengetahuan yang absolut dan selalu menjadi kunci tabir misteri yang meliputi alam semesta raya ini.

Aya-ayat Alquran yang begitu menakjubkan inilah yang mendorong para saintis Muslim di era keemasan mampu meletakkan dasar-dasar sains modern. Sayangnya, karya-karya  serta pemikiran para saintis Muslim dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi telah  ditutup-tutpi dengan cara-cara yang sangat jahat.

Dalam  Al-Falsafa al-Ula,  ilmuwan bernama lengkap Yusuf Ibnu Ishaq Al-Kindi itu telah mengungkapkan dasar-dasar teori relativitas. Sayangnya, sangat sedikit umat Islam yang mengetahuinya. Sehingga, hasil pemikiran yang brilian dari era kekhalifahan Islam itu seperti tenggelam ditelan zaman.

                                                                            ***   

Menurut Al-Kindi, fisik bumi dan seluruh fenomena fisik adalah relatif. Relativitas, kata dia, adalah esensi dari hukum eksistensi. “Waktu, ruang, gerakan, benda semuanya relatif dan tak absolut,” cetus Al-Kindi. Namun, ilmuwan Barat seperti Galileo, Descartes dan Newton menganggap semua fenomena itu sebagai sesuatu yang absolut. Hanya Einstein yang sepaham dengan Al-Kindi.

"Waktu hanya eksis dengan gerakan; benda, dengan gerakan; gerakan, dengan benda,” papar Al-Kindi. Selanjutnya, Al-Kindi berkata,” ... jika ada gerakan, di sana perlu benda; jika ada sebuah benda, di sana perlu gerakan.” Pernyataan Al-Kindi itu menegaskan bahwa seluruh fenomena fisik adalah relatif satu sama lain. Mereka tak independen dan tak juga absolut.

Gagasan yang dilontarkan Al-Kindi itu sangat sama dengan apa yang diungkapkan Einstein dalam teori relativitas umum.  "Sebelum  teori relativitas dicetuskan, fisika klasik selalu menganggap bahwa waktu adalah absolute,” papar Einstein dalam La Relativite. Menurut Einstein, kenyataannya pendapat yang dilontarkan oleh Galileo, Descartes dan Newton itu  tak sesuai dengan definisi waktu yang sebenarnya.

Menurut Al-Kindi,  benda, waktu, gerakan dan ruang tak hanya relatif terhadap satu sama lain, namun juga  ke obyek lainnya dan pengamat yang memantau mereka. Pendapat Al-Kindi itu sama dengan apa yang diungkapkan Einstein.

Dalam  Al-Falsafa al-Ula, Al-Kindi mencontohkan seseorang yang melihat sebuah obyek yang ukurannya lebih kecil atau lebih besar menurut pergerakan vertikal antara bumi dan langit. Jika orang itu naik ke atas langit , dia  melihat pohon-pohon lebih kecil, jika dia  bergerak ke bumi, dia melihat pohon-pohon itu jadi lebih besar.

“Kita tak dapat mengatakan bahwa sesuatu itu kecil atau besar secara absolut. Tetapi kita dapat mengatakan itu lebih kecil atau lebih besar dalam hubungan kepada obyek yang lain,”  tutur Al-Kindi.   Kesimpulan yang sama diungkapkan Einsten sekitar 11 abad setelah  Al-Kindi wafat.

                                                                           ***

Menurut Einstein, tak ada hukum yang absolut dalam pengertian hukum tak terikat pada pengamat. Sebuah hukum, papar dia, harus dibuktikan melalui pengukuran. Al-Kindi  menyatakan, seluruh fenomena fisik, seperti manusia menjadi dirinya adalah relatif dan terbatas.

Meski setiap individu manusia tak terbatas dalam jumlah dan keberlangsungan, mereka terbatas; waktu, gerakan, benda, ruang juga terbatas. Einstein lagi-lagi mengamini pernyataan Al-Kindi yang dilontarkannya pada abad ke-11 M. "Eksistensi dunia ini terbatas, meskipun eksistensi tak terbatas,” papar Einstein.

Dengan teori itu, Al-Kindi tak hanya mencoba menjelaskan seluruh fenomena fisik. Namun, juga dia membuktikan eksistensi Tuhan, karena itu adalah konsekuensi logis dari teorinya. Di akhir hayatnya, Einsten pun mengakui eksistensi Tuhan. Teori relativitas yang diungkapkan kedua ilmuwan berbeda zaman itu itu pada dasarnya sama. Hanya saja,  penjelasan Einstein telah dibuktikan dengan sangat teliti.

Bahkan, teori relativitasnya telah digunakan untuk pengembangan energi, bom atom dan senjata nuklir pemusnah massal. Sedangkan, Al-Kindi mengungkapkan teorinya itu untuk membuktikan eksistensi Tuhan dan Keesaannya.  Sayangnya, pemikiran cemerlang sang saintis Muslim  tentang teori relativitas itu itu tak banyak diketahui.

                                                                          ***

                                                    Relativitas dalam Al-Quran

Alam semesta raya ini selalu diselimuti misteri. Kitab suci Alquran yang diturunkan kepada umat manusia merupakan kuncinya. Allah SWT telah menjanjikan bahwa Alquran merupakan petunjuk hidup bagi orang-orang yang bertakqwa.  Untuk membuka selimut misteri alam semesta itu, Sang Khalik memerintahkan agar manusia berpikir.

Inilah beberapa ayat Alquran yang membuktikan teori relativitas itu:

".... Sesungguhnya sehari di sisi Tuhanmu adalah seperti seribu tahun dari tahun-tahun yang kamu hitung.” (QS: Al-Hajj:47).

"Dia mengatur urusan dari langit ke bumi, kemudian (urusan) itu naik kepadanya-Nya dalam satu hari yang kadarnya (lamanya) adalah seribu tahun menurut perhitunganmu.” (Qs: As-Sajdah:5).

"Yang datang dari Allah, yang mempunyai tempat-tempat naik. Malaikat-malaikat dan Jibril naik (menghadap) kepada Tuhan dalam sehari yang kadarnya limapuluh ribu tahun.” (QS:70:3-4).

“Dan kamu lihat gunung-gunung itu, kamu sangka dia tetap di tempatnya. Padahal ia berjalan sebagaimana jalannya awan. (Begitulah) perbuatan Allah yang membuat dengan kokoh tiap-tiap sesuatu; sesungguhnya Allah Maha Mengetahui apa yang kamu kerjakan.” (QS: An-Naml:88).


"Allah bertanya: 'Berapa tahunkah lamanya kamu tinggal di bumi?' Mereka menjawab: 'Kami tinggal (di bumi) sehari atau setengah hari, maka tanyakanlah kepada orang-orang yang menghitung.' Allah berfirman: 'Kamu tidak tinggal (di bumi) melainkan sebentar saja, kalau kamu sesungguhnya mengetahui'." (QS: 23:122-114)

Karena kebenaran Alquran itu, konon diakhir hayatnya Einsten secara diam-diam juga telah  memeluk agama Islam. Dalam sebuah tulisan, Einstein mengakui kebenaran Alquran. “Alquran bukanlah buku seperti aljabar atau geometri. Namun, Alquran adalah kumpulan aturan yang menuntun umat manusia ke jalan yang benar. Jalan yang tak dapat ditolak para filosof besar,” ungkap Einstein. 

Sifat-Sifat Tuhan Dalam Teori Relativitas Einstein

Dialah Yang Awal dan Yang Akhir Yang Zhahir dan Yang Bathin ; dan Dia Maha Mengetahui segala sesuatu. (Al-Quran Al-Hadiid 3)
Maha Awal, Maha Akhir, Maha Zhahir, Maha Bathin., keempat nama Allah tersebut di dalam Al-Quran memiliki keunikan tersendiri. Pertama, keempat sifat itu hanya terdapat dalam sebuah surat dalam Al-Quran yakni surat 57 ayat 3. Maka jika kita mencari salah satu saja dari keempat sifat di atas dalam surat lain pada Al-Quran, maka kita tidak akan menemukannya. Keunikan kedua, keempat nama tersebut terletak dalam satu rangkaian pada satu surat dan ayat yang sama. Keunikan ketiga, ayat tersebut memiliki penjelasan unik sebagai berikut :Secara bahasa arti dari zhahir adalah muncul, tampak atau jelas, dan istilah bathin berarti tersembunyi. Sedangkan awwal bermakna pertama dan akhir bermakna yang kemudian atau yang terakhir. Karena keempatnya tersemat pada nama Tuhan, maka al-Awwal berarti yang Maha Pertama, al-Akhir berarti yang Maha Akhir, dan dua sifat terakhir bermakna Maha Tampak dan Maha Tersembunyi.
Sekilas kita sedikit dibingungkan oleh pasangan sifat yang seakan kontradiktif ini. Bagaimana mungkin sesuatu memiliki sifat tampak dan tersembunyi sekaligus ? dan bagaimana menjelaskan sifat yang paling awal dan yang paling akhir berada dalam zat yang sama ?
Dalam menjelaskan dua pasang nama Allah yang tampak kontradiktif tersebut, Imam Al-Ghazali melalui karyanya yang berjudul Al-Asma’ Al –Husna Rahasia Nama-Nama Indah Allah, dengan hati-hati menyatakan, bahwa kedua sifat pertama yakni azh-Zhahir dan al-Bathin harus difahami secara relatif, Al-Ghazali berpendapat bahwa makna zhahir dan bathin tidak mungkin muncul dalam segi yang sama, namun harus difahami dalam segi yang berbeda. Ia (Allah) disebut bathin jika dilihat dengan alat-alat panca indera, namun zhahir jika disimpulkan dengan akal budi. Untuk menjelaskan hal ini Al-Ghazali menggunakan sebuah perumpanaan berikut :

“Jika anda perhatilan sepatah kata yang ditulis oleh seorang penulis yang luas pengetahuannya, Kompeten, mampu mendengar dan melihat dan kemudian anda terpesona dengan tulisan itu, maka anda berkeyakinan bahwa penulisnya mestilah ada, dan tidak mungkin tulisan tersebut terjadi dengan sendirinya”, begitulah Allah, menurut Al-Ghazali. Ia tidak kita lihat melalui indra kita, Namun melalui karyanya kita dapat menyimpulkan keberadaan-Nya.
Demikian pula ketika Al-Ghazali menguraikan makna al-Awwal dan al-Akhir, beliau menuliskan bahwa pada dasarnya kedua sifat tersebut harus difahami dalam segi yang berbeda, dan mustahil terjadi kedua sifat tersebut pada segi yang sama : Allah adalah awal, Yang Pertama, dalam kaitannya dengan keberadaan-Nya terhadap alam semesta ini dan seluruh makhluk-Nya, dan Dia adalah al-Akhir, Yang Terakhir, dalam kaitannya dengan perjalanan waktu.
Mungkin sebuah “kebetulan”, bahwa ketika pada tahun 1905 Albert Einstein menguncang dunia ilmiah melalui Teori Relativitasnya, ia menjelaskan pengaruh dari teori tersebut pada tiga besaran fisika, yaitu pada : relativisme waktu, berkaitan dengan umur benda, relativisme massa, berkaitan dengan eksistensi benda, sebab sesuatu disebut ada jika ia memiliki massa atau memiliki energi. Kemudian relativisme jarak, berkaitan dengan visual atau penglihatan.
Inti dari relativitas khusus adalah bahwa boleh jadi dua orang (atau lebih) yang mengukur waktu (dalam arti umur), massa dan jarak sebuah benda yang sama akan mendapatkan hasil yang tampak amat berbeda satu sama lain. Hal tersebut bukan disebabkan oleh perbedaan jenis atau kemampuan presisi dan akurasi alat ukurnya, namun karena memang seperti itulah adanya, tampak berbeda, bergantung keadaan si pengukur.
Einstein kemudian menambahkan dalam postulatnya, bahwa tidak ada benda di alam semesta ini yang kelajuannya melebihi kelajuan cahaya 3 x 10^₈ m/s, sebab jika ini terjadi, maka sebagai dampak dari rumusan relativitas-khususnya, benda tersebut akan : pertama, tidak memiliki dimensi waktu, sebab waktu tidak lagi memiliki definisi matematis atau tak-hingga, tidak memiliki awal dan tak memiliki akhir. Kedua, benda tersebut akan memiliki massa yang teramat besar, sehingga tak bisa diwakili oleh angka sebesar apapun. Dan ketiga, Benda tersebut tak akan terlihat, sebab besaran seperti panjang, luas dan volume bernilai 0. Hal ini berarti tidak semua yang tak terlihat itu tidak ada.
Sehingga, seandainya ada benda yang melebihi cahaya (kelajuannya), maka bisa kita katakan benda tersebut tak berawal dan tak berakhir, berwujud (eksis) namun tak terlihat. Mari kita simak sebuah ayat al-Quran berikut :
“Allah cahaya langit dan bumi… Cahaya di atas cahaya , Allah membimbing kepada cahaya-Nya siapa yang dia kehendaki, dan Allah memperbuat perumpamaan-perumpamaan bagi manusia, dan Allah Maha Mengetahui segala sesuatu”. (an-Nuur 35). Allah selalu mensifati kekuasaannya pada cahaya, bahkan cahaya di atas cahaya. Setelah sekian abad kemudian, kita baru menyadari bahwa jika sesuatu berada “di atas” cahaya, maka seperti inilah sifatnya : Maha Awwal, Maha Akhir, Maha Tampak dan Maha Tersembunyi. Maka Ia adalah Allah, sang cahaya di atas cahaya.
Imam Al-Ghazali memang benar bahwa Allah Maha Awal dalam satu segi dan Maha Akhir dalam segi lain, namun lebih tepat jika kita katakan Allah tak terbatas dimensi waktu, Ia tidak berawal dan tidak berakhir menurut definisi makhluknya.
Al-Ghazali juga benar bahwa Allah memiliki sifat tampak melalui penyimpulan akal dan hati, sedangakan Allah bersifat tak tampak melalui panca indera dan rasionalitas. Namun lebih dari itu, Allah memang “eksis”, bahkan Maha Eksis baik secara
rasio maupun secara akal-budi, dan Ia pun tak-tampak, baik melalui pemikiran rasional maupun lewat penyimpulan akal-budi.