Bab 5 The Grand Design, The Theory of Everything (bagian 3)

Maka anda bisa memanjangkan hidup anda dengan terus menerus terbang ke arah timur mengelilingi bumi, meski anda akan bosan menonton film di pesawat

Jika anda menghampiri gelombang bunyi di udara maka gelombang itu akan mendekati anda lebih cepat. Dan jika anda menjauhinya, gelombang itu akan lebih pelan mendekati anda. Miripnya, jika ether ada, kecepatan cahaya akan berbeda-beda bergantung pada gerakan relatif anda terhadap ether. Nyatanya, jika cahaya berlaku seperti bunyi, seperti orang di dalam pesawat jet supersonik yang takkan pernah mendengar suara apapun yang memancar dari belakang, demikian halnya pengelana yang bergerak cukup cepat melalui ether dapat meninggalkan gelombang cahaya di belakang. Berdasarkan hipotesa ini, Maxwell melakukan sebuah percobaan. Jika ether ada, bumi pasti bergerak melaluinya selagi mengedari matahari. Dan karena bumi bergerak dengan arah yang berbeda pada Januari daripada, misalnya, pada April atau Juli, seseorang pasti dapat mengamati sedikit perbedaan pada kecepatan cahaya pada waktu-waktu yang berbeda dalam setahun – lihat gambar di bawah ini:

Maxwell dinasehati agar tidak menerbitkan gagasannya di Proceedings of the Royal Society oleh editornya, yang tidak yakin percobaannya berhasil. Namun pada tahun 1879, sesaat sebelum dia meninggal pada usia 48 tahun karena kanker perut yang parah, Maxwell mengirim surat pada temannya mengenai gagasan ini. Surat ini kemudian diterbitkan pada jurnal Nature setelah dia wafat, yang dibaca oleh, salah satunya, fisikawan Amerika bernama Albert Michelson. Terinspirasi oleh hipotesa Maxwell, pada tahun 1887 Michelson dan Edward Morley melakukan percobaan sangat peka yang dirancang untuk mengukur kecepatan cahaya ketika bumi berkeliling melalui ether. Gagasan mereka adalah membandingkan kecepatan cahaya dalam dua arah berbeda, dengan sudut yang tepat. Jika kecepatan bumi merupakan tetapan relatif terhadap ether, pengukuran ini akan mengungkap kecepatan cahaya yang berbeda bergantung pada arah pancaran. Namun Michelson dan Morley tidak mengamati adanya perbedaan.

Hasil percobaan Michelson dan Morley jelas berlawanan dengan model yang menjelaskan bahwa gelombang elektromagnetik bergerak melalui ether sehingga model ether seharusnya dibuang. Namun tujuan percobaan Michelson adalah mengukur kecepatan bumi relatif terhadap ether, bukannya membuktikan atau menolak hipotesa ether, dan apa yang dia temukan tidak membuatnya menyimpulkan bahwa ether tidak ada. Tak ada orang lain yang menyimpulkan hal ini juga. Nyatanya, fisikawan terkenal Sir William Thomson (Lord Kelvin) berkata pada tahun 1884 bahwa ether adalah “satu-satunya substansi yang membuat kita percaya diri dalam bidang dinamika. Salah satu yang kita merasa pasti dan itulah kenyataan dan substansi dari luminiferous ether.”

Bagaimana anda bisa mempercayai ether dengan mengabaikan hasil percobaan Michelson-Morley ? Seperti kami katakana hal demikian sering terjadi, orang berusaha mempertahankan model dengan tambahan-tambahan yang akal-akalan dan asumsi-asumsi. Beberapa ilmuwan membuat postulat bahwa bumi menyeret ether ketika bergerak, sehingga kita sebenarnya tidak sedang bergerak terhadap ether. Fisikawan Belanda Hendrik Antoon Lorentz dan fisikawan Irlandia George Francis FitzGerald menyatakan bahwa pada sebuah kerangka yang sedang bergerak terhadap ether, mungkin karena efek mekanis yang masih belum diketahui, waktu akan melambat dan jarak akan memendek, sehingga seseorang akan masih mengukur cahaya dengan kecepatan yang tetap sama. Upaya-upaya demikian dilakukan untuk mempertahankan konsep ether berlangsung hampir dua puluh tahun hingga tulisan menakjubkan oleh juru ketik muda dan tidak terkenal di kantor paten di Berne, Albert Einstein.

Einstein berumur duapuluh enam pada tahun 1905 ketika dia menerbitkan tulisannya “Zur Elektrodynamik bewegter Korper” (“On the Electrodynamics of Moving Bodies”). Di dalam tulisan itu dia membuat asumsi sederhana bahwa hukum-hukum fisika dan pada khususnya kecepatan cahaya seharusnya tampak sama terhadap semua pengamat yang bergerak secara seragam. Gagasan ini membutuhkan revolusi dalam konsepsi kita mengenai ruang dan waktu. Bayangkan dua kejadian yang berlangsung pada tempat yang sama tetapi pada waktu yang berbeda, di pesawat jet. Untuk seorang pengamat di dalam pesawat, tidak ada jarak antara dua kejadian ini. Tetapi bagi pengamat kedua di bumi, dua kejadian ini dipisahkan oleh jarak di mana jet bergerak selama selang waktu antara dua kejadian ini. Ini menunjukkan bahwa dua pengamat yang saling bergerak relatif satu sama lain tidak akan sepakat mengenai jarak antara dua kejadian.

Sekarang andaikan dua pengamat mengamati denyut cahaya yang bergerak dari ekor pesawat ke hidungnya. Seperti contoh di atas, mereka berdua tidak akan sepakat mengenai jarak yang ditempuh cahaya dari pemancar di ekor hingga penerima di hidung. Karena kecepatan adalah jarak yang ditempuh dibagi waktu yang diperlukan, ini berarti jika mereka berdua sepakat mengenai kecepatan di mana denyut itu bergerak – kecepatan cahaya – mereka tidak akan sepakat mengenai selang waktu antara pancaran dan penerimaan denyut.

Yang membuat hal ini aneh adalah bahwa, meskipun dua pengamat mencatat waktu yang berbeda, mereka sedang melihat proses fisika yang sama. Einstein tidak berusaha membangun penjelasan buatan untuk gagasan ini. Dia menarik kesimpulan yang logis dan menarik bahwa pengukuran waktu yang diperlukan, seperti pengukuran jarak yang ditempuh, bergantung pada pengamat yang sedang melakukan pengukuran. Pengaruh ini merupakan salah satu kata kunci menuju teori pada makalah Einstein tahun 1905, yang kemudian dikenal dengan relativitas khusus.

Kita dapat melihat bagaimana analisa ini berlaku untuk alat pencatat waktu jika kita anggap dua pengamat sedang melihat jam. Relativitas khusus menerangkan bahwa jam akan bergerak lebih cepat menurut pengamat yang posisinya diam terhadap jam. Bagi pengamat yang tidak diam terhadap jam, jam akan bergerak lebih lambat. Jika kita membandingkan denyut cahaya yang bergerak dari ekor ke kepala pesawat dengan detak jam, kita melihat bahwa bagi pengamat di bumi jam akan bergerak lebih lambat karena pancaran cahaya harus bergerak lebih jauh dalam kerangka acuan itu. Namun pengaruh ini tidak bergantung pada mekanisme jam; pengaruh ini berlaku untuk semua jam, bahkan untuk jam biologis kita.

Teori Einstein menunjukkan bahwa, seperti konsep pengamat yang diam, waktu tidaklah mutlak sebagaimana pandangan Newton. Dengan kata lain, tidak mungkin menetapkan untuk setiap kejadian patokan waktu di mana setiap pengamat sepakat. Alih-alih, tiap pengamat mempunyai hasil pengukuran sendiri, dan waktu yang diukur oleh dua pengamat yang bergerak relatif satu sama lain tidak akan sama. Gagasan Einstein ini membentur intuisi kita sebab penerapannya tidak dapat diamati pada kecepatan yang dapat kita catat pada kehidupan normal sehari-hari. Namun gagasan ini telah dibuktikan berulang-ulang lewat percobaan. Contohnya, bayangkan sebuah jam acuan pada pusat bumi, jam lain pada permukaan bumi dan jam ketiga di dalam pesawat, yang terbang searah atau melawan arah rotasi bumi. Dengan acuan jam di pusat bumi, jam di pesawat yang bergerak ke timur – searah rotasi bumi—akan bergerak lebih cepat daripada jam di permukaan bumi, sehingga jam di pesawat berdetak lebih lambat. Hal serupa terjadi, dengan acuan jam di pusat bumi, jam di pesawat yang terbang ke barat – melawan rotasi bumi – bergerak lebih lambat daripada jam di permukaan, yang berarti jam di pesawat berdetak lebih cepat. Dan contoh ini terbukti pada percobaan yang dilakukan pada Oktober 1971 ketika jam atom yang sangat akurat diterbangkan mengelilingi dunia. Maka anda bisa memanjangkan hidup anda dengan terus menerus terbang ke arah timur mengelilingi bumi, meski anda akan bosan menonton film di pesawat. Tetapi, pengaruhnya sangat kecil, sekitar 1/ 180 milyar detik tiap putaran (dan pengaruh ini entah bagaimana juga diperkecil oleh perbedaan gravitasi, namun kami perlu menampilkan pengaruh itu di sini).

 

Sumber: The Grand Design by Hawking & Mlodinow

Ingin terjemahan lain dari bab-bab the Grand Design ? Kunjungi https://ekoh4riyanto.wordpress.com/category/the-grand-design-2/

 

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: