Sains
8 Cara Melihat Teori Relativitas Einstein dalam Kehidupan Nyata
ANTARIKSA -- Relativitas adalah salah satu teori ilmiah paling terkenal di abad ke-20. Sadar tidak sadar kita pasti sudah merasakan bagaimana teori itu bekerja. Namun, seberapa baik teori tersebut menjelaskan hal-hal yang kita lihat dalam kehidupan sehari-hari mungkin perlu penjelasan ringan.
Albert Einstein mulai merumuskan teori relativitas pada tahun 1905 untuk menjelaskan perilaku benda dalam ruang dan waktu. Karya terobosannya bisa digunakan untuk memprediksi hal-hal seperti keberadaan lubang hitam, pembengkokan cahaya akibat gravitasi, dan perilaku planet seperti bumi di orbit mereka.
Scroll untuk membaca
Scroll untuk membaca
Teorinya tampak sederhana. Pertama, tidak ada kerangka acuan yang absolut: Setiap kali Anda mengukur kecepatan suatu benda, momentumnya, atau bagaimana ia mengalami waktu, selalu ada hubungannya dengan benda lain.
Kedua, kecepatan cahaya tetap sama tidak peduli siapa yang mengukurnya atau seberapa cepat orang yang mengukurnya bergerak. Ketiga, tidak ada yang bisa bergerak lebih cepat dari cahaya.
Baca Juga: Antimateri Terbukti Merespon Gravitasi, Prediksi Einstein Terkonfirmasi
Teori Einstein yang paling terkenal mempunyai implikasi yang mendalam. Jika kecepatan cahaya selalu sama, berarti seorang astronot yang bergerak sangat cepat relatif terhadap Bumi akan mengukur detik-detik yang berlalu lebih lambat dibandingkan dengan orang yang berada di Bumi.
Waktu pada dasarnya melambat bagi astronot tersebut karena sebuah fenomena yang disebut pelebaran waktu. Benda apa pun yang berada dalam medan gravitasi besar mengalami percepatan, sehingga juga mengalami pelebaran waktu.
Sementara itu, pesawat luar angkasa milik astronot mengalami kontraksi panjang. Artinya, jika Anda mengambil gambar pesawat luar angkasa yang sedang terbang, akan terlihat seolah-olah terjepit ke arah geraknya.
Namun, bagi astronot yang berada di pesawat, semuanya tampak normal. Selain itu, massa pesawat luar angkasa akan tampak bertambah dari sudut pandang orang di Bumi.
Namun Anda tidak perlu pesawat luar angkasa yang melakukan zoom mendekati kecepatan cahaya untuk melihat efek relativistik. Ada beberapa contoh relativitas yang bisa kita lihat dalam kehidupan sehari-hari dan teknologi yang kita gunakan saat ini yang menunjukkan bahwa Einstein benar. Berikut beberapa contoh umum penerapan teori relativitas.
Baca Juga: Berburu Planet Liar Kembaran Bumi dengan Bantuan Einstein
Elektromagnet
Magnetisme adalah efek relativistik, dan Anda bisa melihatnya pada generator. Jika Anda mengambil seutas kawat dan memindahkannya melalui medan magnet, Anda menghasilkan arus listrik. Partikel bermuatan dalam kawat dipengaruhi oleh perubahan medan magnet, yang memaksa sebagian dari mereka bergerak dan menciptakan arus.
Namun sekarang, bayangkan kawat dalam keadaan diam dan magnetnya bergerak. Dalam hal ini, partikel bermuatan dalam kawat (elektron dan proton) tidak bergerak lagi, sehingga medan magnet tidak mempengaruhinya. Namun arus listrik masih mengalir. Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada kerangka acuan yang diistimewakan atau pasti.
Thomas Moore, seorang profesor fisika di Pomona College di Claremont, California, menggunakan prinsip relativitas untuk menunjukkan hukum Faraday. Hukum itu menyatakan perubahan medan magnet menciptakan arus listrik.
“Karena ini adalah prinsip inti di balik trafo dan generator listrik, siapa pun yang menggunakan listrik akan mengalami efek relativitas,” kata Moore kepada Live Science.
Elektromagnet juga bekerja melalui relativitas. Ketika arus listrik searah mengalir melalui kawat, elektron melayang melalui material. Biasanya, kawat akan terlihat netral secara elektrik, tanpa muatan positif atau negatif, karena kawat mempunyai jumlah proton (muatan positif) dan elektron (muatan negatif) yang sama.
Baca Juga: China Luncurkan Teleskop Einstein untuk Memantau Aksi Lubang Hitam
Tetapi, jika Anda meletakkan kabel lain dengan arus searah di sebelahnya, kabel tersebut akan menarik atau menolak satu sama lain, tergantung pada arah pergerakan arus. Dengan asumsi arus bergerak dalam arah yang sama, elektron pada kawat kedua tidak bergerak dibandingkan dengan elektron pada kawat pertama. Itu mengasumsikan kekuatan arusnya hampir sama.
Sementara itu, proton di kedua kabel bergerak dibandingkan dengan elektron di kedua kabel. Karena kontraksi panjang relativistik, jarak antar kawat tampak lebih rapat, sehingga terdapat lebih banyak muatan positif dibandingkan muatan negatif per panjang kawat. Karena muatan sejenis akan tolak-menolak, maka kedua kawat juga akan tolak-menolak.
Arus dalam arah yang berlawanan menghasilkan gaya tarik-menarik, karena dibandingkan dengan kabel pertama, elektron pada kabel kedua lebih padat. Hal itu menciptakan muatan negatif bersih. Sementara itu, proton pada kawat pertama menghasilkan muatan positif bersih, dan muatan yang berlawanan akan tarik menarik.
Navigasi GPS
Agar navigasi GPS mobil Anda berfungsi dengan akurat, satelit harus mempertimbangkan efek relativistik. Menurut PhysicsCentral,
hal itu karena satelit bergerak cukup cepat, meskipun tidak sampai mendekati kecepatan cahaya.
Satelit juga mengirimkan sinyal ke stasiun di Bumi. Stasiun-stasiun itu, termasuk teknologi GPS di mobil atau ponsel pintar, semuanya mengalami percepatan gravitasi yang lebih tinggi dibandingkan satelit di orbit.
Baca Juga: Teleskop NASA Temukan Petunjuk Baru Kasus Sinyal Misterius dari Luar Angkasa
Untuk mendapatkan keakuratan tersebut, satelit menggunakan jam yang akurat hingga beberapa nanodetik atau sepersejuta detik. Karena setiap satelit berada 20.300 kilometer di atas Bumi dan bergerak dengan kecepatan sekitar 10.000 km/jam, terdapat pelebaran waktu relativistik yang berlangsung sekitar 4 mikrodetik setiap hari. Kemudian, tambahkan efek gravitasi, dan efek pelebaran waktu itu akan meningkat hingga sekitar 7 mikrodetik (sepersejuta detik).
Menurut Physics Central, perbedaannya sangat nyata: Jika tidak ada efek relativistik yang diperhitungkan, maka unit GPS yang memberi tahu Anda bahwa jarak ke pompa bensin berikutnya adalah setengah mil (0,8 km) akan berkurang 5 mil (8 km) hanya dalam satu hari.
Warna Kuning Emas
Kebanyakan logam berkilau karena elektron dalam atom berpindah dari tingkat energi yang berbeda, atau orbital. Beberapa foton yang mengenai logam bisa diserap dan dipancarkan kembali, meskipun pada panjang gelombang yang lebih panjang. Namun, sebagian besar cahaya tampak dipantulkan.
Emas adalah unsur berat, sehingga elektron bagian dalam bergerak cukup cepat. Itu menyebabkan massa relativistik bertambah dan panjang kontraksinya menjadi signifikan.
Akibatnya, elektron berputar mengelilingi inti dengan jalur yang lebih pendek dan momentum yang lebih besar. Elektron di orbital dalam membawa energi yang lebih dekat dengan energi elektron terluar, dan panjang gelombang yang diserap dan dipantulkan lebih panjang.
Panjang gelombang cahaya yang lebih panjang menandakan sebagian cahaya tampak yang biasanya dipantulkan akan diserap dan cahaya tersebut berada di ujung spektrum biru. Cahaya putih adalah campuran dari semua warna, namun dalam kasus emas, ketika cahaya diserap dan dipancarkan kembali, panjang gelombangnya biasanya lebih panjang. Artinya, campuran gelombang cahaya yang kita lihat cenderung memiliki lebih sedikit warna biru dan ungu.
Baca Juga: Venus Ungkap Rahasia Efek Rumah Kaca di Bumi
Karena cahaya kuning, oranye, dan merah memiliki panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya biru, emas tampak kekuningan.
Ketahanan Emas terhadap Korosi
Efek relativistik pada elektron emas juga merupakan salah satu alasan emas tidak menimbulkan korosi atau mudah bereaksi dengan benda lain. Hal itu dijelaskan dalam makalah tahun 1998 di jurnal Gold Bulletin.
Emas hanya memiliki satu elektron pada kulit terluarnya, namun tetap tidak reaktif seperti kalsium atau litium. Sebaliknya, karena elektron dalam emas lebih berat dari yang seharusnya (karena bergerak mendekati kecepatan cahaya), sehingga massanya meningkat, maka elektron tersebut berada lebih dekat ke inti atom.
Artinya, elektron terluar kemungkinan besar tidak akan bereaksi dengan apa pun. Kemungkinan besar ia berada di antara elektron-elektron yang dekat dengan inti.
Merkuri Cair
Merkuri juga merupakan atom berat, dengan elektron berada dekat dengan inti atom karena kecepatan dan peningkatan massanya. Menurut Chemistry World, ikatan antar atom merkuri lemah, sehingga merkuri meleleh pada suhu yang lebih rendah dan biasanya kita melihatnya dalam bentuk cair.
Baca Juga: Batu yang Jatuh dari Bulan Membantah Sampel Misi Apollo, Bulan Ternyata Dipenuhi Air
TV Lama
Hingga sekitar awal tahun 2000an, sebagian besar televisi dan monitor memiliki layar tabung sinar katoda. Tabung sinar katoda bekerja dengan menembakkan elektron pada permukaan fosfor dengan magnet besar.
Setiap elektron membuat piksel menyala ketika menyentuh bagian belakang layar, dan elektron tersebut ditembakkan untuk membuat gambar bergerak dengan kecepatan cahaya hingga 30 persen. Efek relativistik terlihat jelas, dan ketika produsen membentuk magnet, mereka harus mempertimbangkan efek tersebut.
Lampu
Isaac Newton berasumsi bahwa ada kerangka diam mutlak, atau kerangka acuan sempurna eksternal yang dapat kita bandingkan dengan semua kerangka acuan lainnya. Jika dia benar, kita harus memberikan penjelasan berbeda tentang cahaya, karena cahaya tidak akan terjadi sama sekali.
“Bukan saja magnetisme tidak akan ada, namun cahaya juga tidak akan ada, karena relativitas mengharuskan perubahan dalam medan elektromagnetik bergerak dengan kecepatan terbatas, bukan secara instan,” kata Moore.
“Jika relativitas tidak menerapkan persyaratan ini… perubahan medan listrik akan dikomunikasikan secara instan… alih-alih melalui gelombang elektromagnetik, dan baik magnet maupun cahaya tidak diperlukan lagi,” kata dia.
Matahari
Tanpa persamaan Einstein yang paling terkenal, E = mc^2, kita tak akan tahu bagaimana matahari dan bintang-bintang lainnya bersinar. Persamaan itu menjelaskan, di pusat bintang induk kita, suhu dan tekanan yang kuat terus-menerus menekan empat atom hidrogen terpisah menjadi satu atom helium.
Massa satu atom helium hanya sedikit lebih kecil dibandingkan massa empat atom hidrogen. Apa yang terjadi pada massa ekstra tersebut? Ia langsung diubah menjadi energi, yang muncul sebagai sinar matahari di planet kita. Sumber: Live Science
Ikuti Ulasan-Ulasan Menarik Lainnya dari Penulis Klik di Sini
