Teori relativitas

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

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Relativitas khusus

Relativitas khusus adalah teori mengenai struktur ruang-waktu. Diperkenalkan oleh Einstein melalui karyanya tahun 1905, Tentang Elektrodinamika Benda Bergerak (untuk kontribusi fisikawan lainnya lihat Sejarah 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.

Teori ini juga menyebabkan banyak kejutan. Beberapa diantaranya adalah:

• Relativitas simultanitas: 2 kejadian yang simultan untuk 1 pengamat, mungkin tidak simultan bagi pengamat lainnya jika ia bergerak relatif.
• Dilatasi waktu: Jarum jam akan bergerak lebih lambat daripada jam pengamat yang "diam".
• Massa relativistik
• Kontraksi panjang: Objek akan memendek pada arah di mana mereka bergerak dalam kaitannya dari pengamat.
• Ekivalensi massa–energi: E = mc², energi dan massa ekivalen dan dapat berubah satu sama lain.
• Kecepatan maksimum terbatas: Tidak ada objek, pesan, atau garis medan dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya di ruang hampa.
• Efek gravitasi hanya dapat berpindah melalui ruang hampa pada kecepatan cahaya, tidak lebih cepat atau seketika.^[1]

Relativitas umum

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Relativitas umum dan Pendahuluan ke relativitas umum

Relativitas umum adalah teori gravitasi yang dikembangkan oleh Einstein pada tahun 1907-1915. Pengembangan relativitas umum dimulai dengan asas ekivalensi, di mana keadaan gerak dipercepat dan diam pada sebuah medan gravitasi (contohnya, ketika berada pada pada permukaan bumi) yang identik secara fisik. Hasilnya adalah jatuh bebas adalah gerak inersia: objek yang sedang jatuh bebas akan jatuh karena itulah bagaimana objek bergerak ketika tidak ada gaya yang diberikan pada benda tersebut, bukan akibat gaya gravitasi seperti pada kasus mekanika klasik. Maka hal ini tidak cocok dengan mekanika klasik dan relativitas khusus karena pada teori ini objek yang bergerak inersia tidak dapat mempercepat terhadap satu sama lain, namun objek yang jatuh bebas dapat. Untuk menyelesaikan masalah ini, Einstein mengajukan bahwa ruang-waktu adalah kelengkungan. Tahun 1915, ia merancang persamaan medan Einstein yang menghubungkan kelengkungan ruang-waktu terhadap massa, energi, dan momentum.

Beberapa akibat relativitas umum adalah:

• Jam akan bergerak semakin lambat pada lubang gravitasi yang makin dalam.^[2] Hal ini disebut dilatasi waktu gravitasi.
• Presesi orbit dengan cara yang tidak sama dengan teori gravitasi Newton. (Hal ini telah diamati pada orbit Merkurius dan binary pulsar).
• Sinar cahaya berbelok dengan adanya medan gravitasi.
• Massa berotasi "menyeret" sepanjang ruang-waktu di sekitarnya, fenomena yang dikenal dengan "frame-dragging".
• Meluasnya alam semesta, dan bagian yang jauh bergerak dari kita lebih cepat dari kecepatan cahaya.