DIALOGUE EINSTEIN DENGAN PROFFESOR

0

Apakah benar Einstein pernah membantah seorang profesor tentang keberadaan Tuhan?

Dialog seorang profesor dengan muridnya mengenai teodisi atau upaya untuk merekonsiliasi keberadaan Tuhan dengan kejahatan telah menyebar luas di dunia maya. Seorang murid dikisahkan berhasil membantah pernyataan profesor yang digambarkan “sombong.” Biasanya di akhir kata ditambahkan embel-embel “murid itu adalah Albert Einstein,” yang jelas salah karena Einstein tidak percaya Tuhan personal, namun kepada Tuhannya Baruch Spinoza, yaitu keserasian hukum alam. Selain mencatut nama Einstein, dialog ini juga memiliki kesalahan logika yang fatal.

Berikut adalah perbaikan untuk dialog tersebut yang diterjemahkan dari http://www.rationalresponders.com/debunking_an_urban_legend_evil_is_a_lack_of_something dengan sedikit adaptasi.

Sementara itu, kalau mau lihat kisah aslinya yang ngawur bisa dilihat di http://novrya.blogspot.nl/2011/01/profesor-yang-tidak-punya-otak.html

Alkisah, seorang profesor filsafat menantang muridnya: “Apakah Tuhan menciptakan segala yang ada?”

Seorang mahasiswa menjawab, “Betul, Dia yang menciptakan semuanya.”

“Tuhan menciptakan semuanya?” tanya profesor sekali lagi.

“Ya, Pak, semuanya,” kata mahasiswa tersebut.

Profesor itu menjawab, “Nah, ini ada teka-teki logika untuk kalian. Jika Tuhan menciptakan segalanya, berarti Tuhan menciptakan Kejahatan. Karena kejahatan itu ada, dan menurut prinsip kita bahwa pekerjaan kita menjelaskan siapa kita, jadi kita bisa berasumsi bahwa Tuhan itu adalah kejahatan.”

Mahasiswa itu terdiam dan tidak bisa menjawab pernyataan profesor tersebut. Seorang mahasiswa lain mengangkat tangan dan berkata, “Profesor, boleh saya bertanya sesuatu?”

“Tentu saja,” jawab si profesor. “Itulah inti dari diskursus filsafat.”

Mahasiswa itu berdiri dan bertanya, “Profesor, apakah dingin itu ada?”

“Tentu saja,” ungkap si profesor. Raut muka si profesor tidak berubah karena ia sudah mendengar argumen buruk seperti ini berulang kali.

Si murid menanggapi, “Kenyataannya, Pak, dingin itu tidak ada. Menurut hukum fisika, yang kita anggap dingin itu adalah ketiadaan panas. Suhu -460F adalah ketiadaan panas sama sekali. Dan semua partikel menjadi diam dan tidak bisa bereaksi pada suhu tersebut. Kita menciptakan kata dingin untuk mendeskripsikan ketiadaan panas.”

Sang profesor pun menjawab dengan tegas: “Kamu ingat bab mengenai kesesatan semantik dalam bukumu?”

Si murid tampak bingung.

“Biar saya ulangi secara singkat. ‘Panas’ dan ‘dingin’ adalah istilah subyektif. Menurut John Locke, keduanya merupakan contoh ‘kualitas sekunder’. Kualitas sekunder merujuk kepada bagaimana kita merasakan suatu fenomena yang memang ada, dan dalam kasus ini pergerakan partikel atomik. Istilah ‘dingin’ dan ‘panas’ merujuk kepada interaksi antara sistem saraf manusia dengan variasi kecepatan dalam partikel atomik di lingkungan. Jadi apa yang sesungguhnya ada adalah suhu. Istilah ‘panas’ dan ‘dingin’ hanyalah istilah subjektif yang kita gunakan untuk menjelaskan pengalaman kita mengenai suhu.

“Maka argumen Anda salah. Anda tidak membuktikan bahwa ‘dingin’ itu tidak ada, atau bahwa ‘dingin’ ada tanpa status ontologis, apa yang Anda lakukan adalah menunjukkan bahwa ‘dingin’ adalah istilah subjektif. Hapuskanlah konsep subyektif tersebut, dan suhu yang kita sebut ‘dingin’ akan tetap ada. Menghapuskan istilah yang kita gunakan untuk merujuk kepada suatu fenomena tidak menghapuskan keberadaan fenomena tersebut.”

Murid: (agak shock) “Uh … oke … em, apakah gelap itu ada?”

Profesor: “Anda masih mengulangi kesesatan logika yang sama, hanya kualitas sekundernya yang diganti.”

Murid: “Jadi menurut profesor kegelapan itu ada?”

Professor: “Apa yang saya katakan adalah bahwa Anda mengulangi kesesatan yang sama. ‘Kegelapan’ adalah kualitas sekunder.”

Murid: “Profesor salah lagi. Gelap itu juga tidak ada. Gelap adalah keadaan di mana tidak ada cahaya. Cahaya bisa kita pelajari, gelap tidak. Kita bisa menggunakan prisma Newton untuk memecahkan cahaya menjadi beberapa warna dan mempelajari berbagai panjang gelombang setiap warna. Tapi Anda tidak bisa mengukur gelap. Seberapa gelap suatu ruangan diukur dengan berapa intensitas cahaya di ruangan tersebut. Kata gelap dipakai manusia untuk mendeskripsikan ketiadaan cahaya.”

Profesor: “‘Gelap dan terang’ adalah istilah subyektif yang kita gunakan untuk mendeskripsikan bagaimana manusia mengukur foton atau partikel dasar cahaya secara visual. Foton itu memang ada, sementara ‘gelap’ dan ‘terang’ hanyalah penilaian subyektif kita, yang sekali lagi terkait dengan interaksi antara sistem saraf manusia dengan fenomena alam yang lain, yaitu foton. Jadi, sekali lagi, hapuskanlah istilah subyektif itu dan foton akan tetap ada. Jika manusia menyebut ‘foton sebanyak x’ sebagai ‘gelap’ sementara kucing menyebutnya ‘cukup terang untukku,’ foton sebanyak x yang kita sebut sebagai ‘gelap’ tetap ada, dan akan tetap akan ada walaupun kita tidak menyebutnya gelap. Sudah paham, atau masih kurang jelas?”

Sang murid tampak tercengang.

Sang profesor berkata, “Tampaknya Anda masih bingung dengan kesesatan dalam argumen Anda. Tapi silakan lanjutkan, mungkin Anda akan paham.”

Sang murid berkata, “Profesor mengajar dengan dualitas. Profesor berargumen tentang adanya kehidupan lalu mengajar tentang adanya kematian, adanya Tuhan yang baik dan Tuhan yang jahat. Profesor memandang Tuhan sebagai sesuatu yang dapat kita ukur.”

Profesor langsung memotong, “Berhati-hatilah. Jika Anda menempatkan Tuhan di luar jangkauan nalar, logika, dan sains dan membuatnya ‘tak terukur,’ maka yang tersisa hanyalah misteri yang Anda buat sendiri. Jadi jika Anda menggunakan dalih bahwa Tuhan ada di luar jangkauan untuk menyelesaikan masalah, Anda juga tak bisa mengatakan bahwa Tuhan Anda bermoral. Bahkan Anda tak bisa menyebutnya sebagai apa pun kecuali tak terukur. Jadi solusi Anda tidak ada bedanya dengan membersihkan ketombe dengan memangkas rambut.”

Murid tersebut tercengang, namun tetap berusaha melanjutkan, “Profesor, sains bahkan tidak dapat menjelaskan sebuah pemikiran. Ilmu ini memang menggunakan listrik dan magnet, tetapi tidak pernah seorang pun yang melihat atau benar-benar memahami salah satunya.”

Profesor: “Anda mengatakan bahwa sains tak bisa menjelaskan pikiran. Saya sendiri kurang paham apa yang Anda maksud. Apakah Anda mencoba mengatakan bahwa masih banyak misteri dalam neurosains?”

Murid: “Begitulah.”

“Dan bahwa pikiran, listrik, dan magnetisme itu kita anggap ada walaupun tak pernah kita lihat?”

“Benar!”

Sang professor tersenyum dan menjawab, “Bukalah kembali bukumu mengenai kesesatan false presumption. Perhatikan bab ‘kesalahan kategoris.’ Kalau Anda pernah membacanya, Anda akan ingat bahwa kesalahan kategoris adalah saat Anda menggunakan tolak ukur yang salah untuk suatu entitas, misalnya menanyakan warna dari suara. Meminta seseorang melihat magnetisme secara langsung merupakan kesalahan kategoris.

“Namun, masih ada kesalahan lain dalam argumen Anda. Anda berasumsi bahwa empirisisme atau bahkan sains hanya didasarkan kepada pengamatan langsung. Ini tidak tepat. Penglihatan bukanlah satu-satunya cara untuk memahami dunia, dan sains juga bukan ilmu yang mempelajari apa yang kita lihat. Kita dapat menggunakan indera lain untuk melacak suatu fenomena. Dan kita juga dapat mempelajari pengaruh fenomena tersebut terhadap dunia. “Lebih lagi, Anda kembali melakukan kesalahan dengan menyatakan bahwa karena sains itu belum lengkap berarti Tuhan itu ada. Mungkin Anda perlu mempelajari kembali kesesatan ‘argumentum ad ignoratiam’ atau argumen dari ketidaktahuan.

“Dan juga, seperti yang dikatakan oleh Neil deGrasse Tyson, gunakanlah contoh yang lebih baik karena sains sudah mampu menjelaskan bagaimana pikiran terbentuk dan bahkan Maxwell sudah lama menggabungkan elektrisme dan magnetisme menjadi elektromagnetisme. Contoh yang lebih baik itu misalnya materi gelap yang membuat perluasan alam semesta menjadi begitu cepat. Fisikawan tak bisa menjawab itu, dan mungkin Anda akan mengatakan jawabannya Tuhan. Namun dengan begitu, Anda justru sedang menyusutkan Tuhan. Anda melakukan kesesatan ad ignoratiam bahwa yang belum dijelaskan sains itu adalah keajaiban Tuhan, dan itu berarti Anda menempatkan Tuhan untuk mengisi gap dalam sains. Nah, dahulu manusia juga tak mampu menjawab mengapa hujan terbentuk atau mengapa gunung meletus, dan orang-orang dulu menyebutnya karena Tuhan. Kini kita sudah memahami hujan dan gunung meletus, begitu pula pikiran, listrik dan magnetisme, dan ke depannya materi gelap juga mungkin akan kita pahami. Dengan begitu Tuhan yang mengisi gap pun terus menciut.

“Masih ada yang mau ditambahkan? Apakah penjelasan saya sudah cukup jelas?”

Sang murid tampak bingung dan mencoba melakukan ad nauseam, “Em … kembali ke diskusi awal kita. Untuk menilai kematian sebagai kondisi yang berlawanan dengan kehidupan sama saja dengan melupakan fakta bahwa kematian tidak bisa muncul sebagai suatu hal yang substantif. Kematian bukanlah kontradiksi dari hidup, hanya ketiadaan kehidupan saja.”

Profesor pun berkata, “Apakah Anda jatuh cinta dengan kesesatan kualitas sekunder? Lagi-lagi Anda melakukan kesalahan yang sama. ‘Kematian’ dan ‘kehidupan’ adalah istilah subjektif yang kita gunakan untuk menjelaskan fenomena keadaan-keadaan biologis. Menghapuskan istilah subyektif kematian tidak menghapuskan keberadaan kematian.”

Si murid pun mencoba mengalihkan pembicaraan, “Apakah imoralitas itu ada?”

Si profesor menggelengkan kepalanya dan berkata, “Keledai pun tidak akan jatuh ke dalam lubang yang sama. Ada yang masih kurang jelas, atau perlu saya ulangi lagi?”

Sang murid yang terus berusaha menjustifikasi kepercayaannya berkata, “Begini … imoralitas itu adalah ketiadaan moralitas. Apakah ketidakadilan itu ada? Tidak. Ketidakadilan adalah ketiadaan keadilan. Apakah kejahatan itu ada? Bukankah kejahatan itu ketiadaan kebaikan?”

Sang profesor menanggapi, “Jadi, jika seseorang membunuh ibumu malam ini, tidak terjadi apa-apa? Hanya ada ketiadaan moralitas di rumah Anda? Tunggu … dia tidak mati … cuma ketiadaan hidup kan?”

Si murid berkata, “eh…”

“Sekarang sudah mengerti di mana salahnya?” ujar sang profesor. “Anda mencampur kualitas sekunder dengan fenomena. ‘Imoralitas’ adalah istilah deskriptif untuk perilaku. Istilah tersebut bersifat sekunder, namun perilaku tetaplah ada. Jadi jika Anda menghapuskan kualitas sekunder itu, Anda tidak menghapuskan perilaku yang sesungguhnya terjadi. Dengan mengatakan imoralitas sebagai ketiadaan moralitas, Anda tidak menghapuskan keinginan atau perilaku imoral, tetapi hanya istilah subyektifnya. Begitu lho.”

Si murid masih kukuh, “Apakah profesor pernah mengamati evolusi itu dengan mata profesor sendiri?”

Sang profesor sudah bosan mendengar argumen “pernah lihat angin tidak.”

“Evolusi itu bisa diamati karena hingga sekarang masih berlangsung. Misalnya, pada tahun 1971, beberapa kadal dari pulau Pod Kopiste di Kroasia dipindah ke pulau pod Mrcaru. Pulau Pod Kopiste tidak banyak tumbuhan sehingga memakan serangga, sementara di pulau Pod Mrcaru ada banyak tumbuhan. Setelah ditinggal selama beberapa dekade, ketika ditemukan kembali, kadal di pulau Pod Mrcaru mengalami proses evolusi. Kadal tersebut mengembangkan caecal valve, yaitu organ yang penting untuk mengolah selulosa dalam tumbuhan, yang sebelumnya tidak ada. Atau, jika Anda pergi ke laboratorium Richard Lenski di Amerika Serikat, Anda bisa saksikan sendiri bagaimana bakteri e coli yang sebelumnya tak bisa mengolah asam sitrat, karena evolusi dengan seleksi alam muncul e coli yang bisa mengolah asam sitrat.

“Lagipula, Anda lagi-lagi terjeblos dalam kesesatan ad ignoratiam. Jika ingin konsisten dengan logika Anda, Anda akan mengatakan bahwa pohon tidak pernah tumbuh karena Anda tak pernah melihat langsung bagaimana pohon tumbuh. Lebih lagi, Anda kembali melakukan kesalahan dengan mengasumsikan bahwa sains itu hanya terdiri dari pengamatan langsung.“

Si murid memotong, “Apakah ada dari kelas ini yang pernah melihat otak Profesor? Apakah ada orang yang pernah mendengar otak Profesor, merasakannya, menyentuhnya atau menciumnya? Tampaknya tak seorang pun pernah melakukannya. Jadi, menurut prosedur pengamatan, pengujian dan pembuktian yang disahkan, ilmu pengetahuan mengatakan bahwa profesor tidak memiliki otak. Dengan segala hormat, bagaimana kami dapat mempercayai pengajaran profesor?”

Si profesor tertawa dan menjawab, “Terima kasih sudah hadir di kelas ini sehingga saya bisa membenarkan kesalahan Anda walaupun Anda terus menerus mengulanginya. Sekali lagi, sains itu tidak terbatas kepada ‘melihat’ sesuatu. Sains itu juga rasional. Kita dapat menyimpulkan berdasarkan bukti yang ada. Dan salah satu simpulan yang dapat saya tarik dengan mengamati perilaku Anda hari ini adalah bahwa Anda telah membuang-buang uang karena tidak membaca buku logika yang sudah Anda beli. Jadi saya sarankan bacalah buku itu kembali dari halaman satu agar tidak terus menerus mengulangi kesalahan yang sama.”

– Dan murid itu adalah orang yang tidak banyak membaca…

POSTULAT EINSTEIN : (RELATIVITAS)

0

 POSTULAT EINSTEIN

Picture
Permasalahan yang dimunculkan percobaan Michelson-Morley ini ternyata baru berhasil terpecahkan dengan teori relativitas khusus yang membentuk landasan bagi konsep-konsep baru tentang ruang dan waktu. Teori ini didasarkan pada dua postulat berikut, yang diajukan Albert Einstein pada tahun 1905.

Postulat I : hukum-hukum fisika tetap sama pernyataannya dalam semua sistem lembam.

Postulat II : laju cahaya memiliki nilai c yang sama dalam semua sistem lembam.

Nilai cepat rambat cahaya di ruang hampa atau vakum (misalnya, ruang vakum, atau “ruang bebas”) adalah mutlak/sama, tidak tergantung pada gerak pengamat maupun sumber cahaya.

Postulat pertama pada dasarnya menegaskan bahwa tidak ada satu pun percobaan yang dapat kita gunakan untuk mengukur kecepatan terhadap ruang mutlak. Yang dapat kita ukur hanyalah laju relatif dari dua sistem lembam. Dengan demikian, pertanyaan tentang keberadaan ruang mutlak tidak lagi bermanfaat. Mungkin saja terdapat suatu Sistem Acuan Semesta Agung, tetapi tidak ada satu pun percobaan yang dapat kita lakukan untuk menyingkap keberadaannya.

Postulat kedua kelihatannya tegas dan pula seolah-olah sederhana. Postulat kedua sering ditulis sembarangan dengan memasukkan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah c untuk setiap kerangka acuan. Sebenarnya postulat ini adalah berasal dari dua postulat bukan dari postulat kedua itu sendiri. Postulat kedua tidak lain merupakan konsekuensi dari percobaan Michelson-Morley bahwa laju cahaya dalam arah silang maupun searah sumber adalah sama. Dan postulat kedua ini menegaskan pula bahwa laju cahaya pun akan tetap sama bagi pengamat yang sedang berada dalam keadaan gerak relatif, selama pengamat tersebut merupakan sistem inersial.

Kedua postulat Einstein yang dibatasi dalam ruang lingkup kerangka inersial itu disebut dengan teori relativitas khusus. Sedangkan teorinya yang dikeluarkan tahun 1917, diperluas dalam kerangka noninersial (kerangka yang dipercepat satu sama lainnya), disebut dengan teori relativitas umum. Teori Einstein ini telah mengubah cara pandang manusia dalam memahami alam dan memecah kemutlakan ruang waktu versi Galileo dan Newton yang bertahan selama kurang lebih 300 tahun. Kita akan lihat beberapa konsekuensi postulat Einstein dan hal-hal menarik yang diturunkan darinya.

Eksperimen oleh Bertozzi tahun 1964 tentang elektron yang dipercepat menunjukkan bahwa jika lajunya mendekati c maka energi kinetiknya menuju ¥. Batas laju pada kurva tersebut adalah laju rambat cahaya c =299792458 m/s

Eksperimen di CERN (Lab. Fisika Partikel di Eropa) pada tahun 1964 membuktikan postulat Einstein tentang laju cahaya.

RELATIVITAS KLASIK – RELATIVITAS MODERN

0

Teori Relativitas Einstein adalah teori yang sangat terkenal, tetapi sangat sedikit yang kita pahami. Utamanya, teori relativitas ini merujuk pada dua elemen berbeda yang bersatu ke dalam sebuah teori yang sama: relativitas umum dan relativitas khusus. Teori relativitas khusus telah diperkenalkan dulu, dan kemudian berdasar atas kasus-kasus yang lebih luas diperkenalkan teori relativitas umum.

Relativitas klasik (yang diperkenalkan pertama kali oleh Galileo Galilei dan didefinisikan ulang oleh Sir Isaac Newton) mencakup transformasi sederhana diantara benda yang bergerak dan seorang pengamat pada kerangka acuan lain yang diam (inersia). Jika kamu berjalan di dalam sebuah kereta yang bergerak, dan seseorang yang diam diatas tanah (di luar kereta) memperhatikanmu, kecepatanmu relatif terhadap pengamat adalah total dari kecepatanmu bergerak relatif terhadap kereta dengan kecepatan kereta relatif terhadap pengamat. Jika kamu berada dalam kerangka acuan diam, dan kereta (dan seseorang yang duduk dalam kereta) berada dalam kerangka acuan lain, maka pengamat adalah orang yang duduk dalam kereta tersebut.

Permasalahan dengan relatifitas ini terjadi ketika diaplikasikan pada cahaya, pada akhir 1800-an, untuk merambatkan gelombang melalui alam semesta terdapat substansi yang dikenal dengan eter, yang mempunyai kerangka acuan(sama seperti pada kereta pada contoh di atas). Eksperimen Michelson-Morley, bagaimanapun juga telah gagal untuk mendeteksi gerak bumi relatif terhadap eter, dan tak ada seorangpun yang bisa menjelaskan fenomena ini. Ada sesuatu yang salah dalam interpretasi klasik dari relatifitas jika diaplikasikan pada cahaya dan kemudian muncullah pemahaman baru yang lebih matang setelah Einstein datang untuk menjelaskan fenomena ini.

Pandangan paham Newton tentang alam memberi suatu kerangka nalar dasar yang membantu kita memahami sejumlah besar gejala alam. Pandangan tentanng ala mini, yang sebenarnya berasal dari Galileo, mengatakan bahwa ruang dan waktu adalah mutlak. Juga dikemukakan bahwa setiap percobaan yang dilakukan dalam kerangka acuan (pengamatan) kita barulah bermakna fisika apabila dapat dikaitkan dengan percobaan serupa yang dilakukan dalam kerangka acuan mutlak, yaitu sistem koordinat Kartesius semesta yang padanya tercantelkan jam-jam mutlak. Sebagai contoh, pernyataan yang lazim dikenal sebagai asas kelembaman (inersia) Galileo, mengatakan bahwa sebuah benda yang diam cenderung diam kecuali jika padanya dikenakan gaya luar.

Jika anda mencoba menguji asas ini dalam sebuah kerangka acuan yang mengalami percepatan, seperti sebuah mobil yang berhenti secara mendadak, atau sebuah komidi putar yang sangat cepat perputarannya, akan anda dapati bahwa asas ini tidak berlaku (dilanggar). Jadi, hukum-hukum Newton (termasuk asas kelembaman) tidak berlaku dalam kerangka acuan yang mengalami percepatan, kecuali dalam kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap. Kerangka acuan (yang bergerak dengan kecepatan tetap) ini, disebut kerangka lembam (inersial).

Peristiwa-peristiwa yang diamati dari berbagai kerangka lembam dapat tampak berbeda bagi masing-masing pengamat dalam tiap kerangka itu. Tetapi, mereka semua akan sependapat bahwa hukum-hukum Newton, kekekalan energi, dan seterusnya, tetap berlaku dalam kerangka acuan mereka. Pembandingan pengamatan-pengamatan yang dilakukan dalam berbagai kerangka lembam, memerlukan transformasi Galileo, yang mengatakan bahwa kecepatan (relative terhadap tiap kerangka lembam) mematuhi aturan jumlah yangpaling sederhana. Andaikanlah seorang pengamat O, dalam salah satu kerangka lembam mengukur kecepatan sebuah benda v; maka pengamat O’ dalam kerangka lembam lain, yang bergerak dengan kecepatan teteap u relatif terhadap O, akan mengukur bahwa benda yang sama ini bergerak dengan kecepatan v’ = v – u.

Bahasan tentang transformasi kecepatan ini akan kita sederhanakan dengan memilih sistem koordinat dalam kedua kerangka acuan sedemikian rupa sehingga gerak relatif u selalu pada arah x. Untuk kasus ini, transformasi Galileo menjadi :

vx = vx – u                                            (2.1a)

v’y = vy                                                 (2.1b)

v’z = vz                                                 (2.1c)

Tampak bahwa hanya komponen x kecepatan yang terpengaruhi. Dengan mengintegrasikan persamaan pertama kita peroleh :

x’ = x – ut                                            (2.2)

Sedangkan diferensiasinya memberikan

a’x = ax                                                 (2.3)

Persamaan (2.3) memperlihatkan mengapa hukum-hukum Newton tetap berlaku dalam kedua kerangka acuan itu. Selama u tetap (jadi du/dt = 0), kedua pengamat ini akan mengukur percepatan yang identik dan sependapat pada penerapan F = ma. Berikut adalah contoh penerapan transformasi Galileo : Dua mobil melaju dengan laju tetap di sepanjang sebuah jalan lurus dalam arah yang sama. Mobil A bergerak dengan laju 60 km/jam, sedangkan mobil B 40 km/jam. Masing-masing laju ini diukur relatif terhadap seorang pengamat di tanah. Berapakah laju mobil A terhadap mobil B?

Jawab :

Misalkan O adalah pengamat di tanah yang mengamati mobil A bergerak dengan laju v = 60 km/jam. Anggaplah O’ bergerak dengan mobil B dengan laju u = 40 km/jam. Maka

v’ = v – u

= 60 km/jam – 40 km/jam

= 20 km/jam

Gejala gelombang secara umum dapat kita definisikan sebagai rambatan gangguan periodik melalui suatu zat perantara. Dengan cara apakah perambatan gelombang ini berlangsung, bergantung pada gaya-gaya yang bekerja antar partikel zat perantaranya. Oleh karena itu, tidaklah mengherankan mengapa segera setelah Maxwell memperlihatkan bahwa kehadiran gelombang elektromagnet diramalkan berdasarkan persamaan-persamaan elektromagnet klasik, para fisikawan segera melakukan berbagai upaya untuk mempelajari sifat zat perantara yang berperan bagi perambatan gelombang elektromagnet ini.

Zat perantara ini disebut eter. Namun, karena zat ini belum pernah teramati dalam percobaan, maka dipostulatkan bahwa ia tidak bermassa dan tidak tampak, tetapi mengisi seluruh ruangan fungsi dan fungsi satu-satunya hanyalah untuk merambatkan gelombang elektromagnet. Konsep eter ini sangat menarik perhatian karena sekurang-kurangnya dua alasan berikut. Pertama, sulit untuk membayangkan bagaimana sebuah gelombang dapat merambat tanpa memerlukan zat perantara (bayangkan gelombang air tanpa air). Kedua, pengertian dasar eter ini berkaitan erat dengan gagasan Newton tentang ruang mutlak, eter dikaitkan dengan Sistem Koordinat Semesta Agung. Dengan demikian, keuntungan sampingan yang bakal diperoleh dari penyelidikan terhadap eter ini adalah bahwa dengan mengamati gerak bumi mengarungi eter, akan terungkap pula gerak bumi relative terhadap “ruang mutlak”.

Percobaan awal yang paling saksama untuk mendapatkan bukti kehadiran eter dilakukan pada tahun 1887 oleh fisikawan Amerika, Albert A. Michelson dan rekannya E.W. Morley. Percobaan mereka pada dasarnya mempergunakan interferometer Michelson yang dirancang khusus bagi maksud ini. Dalam percobaan ini, seberkas cahaya monokromatik (satu warna) dipisahkan menjadi dua berkas yang dibuat melewati dua lintasan berbeda dan kemudian diperpadukan kembali. Karena adanya perbedaan panjang lintasan yang ditempuh kedua berkas, maka akan dihasilkan suatu pola interferensi .

Untuk sementara, marilah kita membayangkan bahwa bumi sedang bergerak mengarungi eter dalam arah AB. Pada pola interferensi, pita-pita gelap terjadi di tempat kedua berkas cahaya berinteferensi secara meminimumkan (destructive), sedangkan pita-pita terang di tempat interferensinya maksimum (constructive). Interferensi minimum dan maksimum brgantung pada beda fase antara kedua berkas cahaya. Ada dua saham (contribution) bagi beda fase ini. Yang pertama berasala dari beda jalan (AB-AC), karena salah satu berkas menempuh jarak yang lebih panjang, sedangkan saham kedua bagi beda fase ini ternyata akan selalu ada meskipun panjang kedua lintasan berkas tepat sama. Seberkas cahaya yang “berenang” mengarungi eter dalam arah lawan turut aliran eter akan berbeda waktu tempuhnya dengan yang melintasi dalam arah silang dan kembali.

Jika kita dapat memisahkan dan mengukur saham kedua ini, maka kita dapat menarik kesimpulan tentang “laju” aliran eter, dan dari sini pula tentang gerak bumi mengarungi eter. Sayangnya pemisahan seperti itu merupakan sesuatu hal yang tidak mungkin dapat dilakukan. Walaupun demikian, Michelson dan Morley menggunakan suatu metode cerdik untuk dapat menarik suatu kesimpulan tentang komponen saham kedua ini, yakni dengan memutarkan seluruh peralatan mereka sebanyak 90o. Saham bagi beda fase yang disebabkan oleh beda jalan, tentu saja tidak berubah, karena sekarang berkas sepanjang AC yang bergerak menuruti aliran eter, sedangkan yang sepanjang AB sekarang melawan aliran eter. Adanya perubahan tanda pada saham kedua ini diperkirakan bakal teramati sebagai perubahan pola frinji (fringes, atau pita) terang dan gelap bila peralatannya diputar. Setiap perubahan terang menjadi gelap atau gelap menjadi terang menggambarkan suatu perubahan fase sebesar 180o (setengah siklus), yang setara  dengan keterdahuluan atau keterlambatan waktu sebesar setengah periode (untuk cahaya tampak, besarnya sekitar 10 -15). Dari hubungan-hubungan yang kita turunkan bagi beda waktu antara rambatan lawan-turut silang, kita kemudian dapat menarik kesimpulan tentang laju bumi mengarungi eter.

Ketika Michelson dan Morley melakukan percobaan ini, mereka tidak mengamati adanya perubahan mencolok dalam pola frinji interferensi, yang mereka simpulkan hanyalah suatu pergeseran yang lebih kecil daripada 0,01 frinji, yang berhubungan dengan laju bumi mengarungi eter, paling tinggi 5 km/detik. Sebagai upaya terakhir, Michelson dan Morley bernalar bahwa mungkin gerak orbital bumi menghapus gerak translasi mengarungi eter. Jika hal ini benar, maka enam bulan kemudian, bumi akan bergerak dalam orbitnya pada arah yang berlawanan, sehingga dengan demikian penghapusan ini tidak akan terjadi. Ketika percobaan ini mereka ulangi enam bulan kemudian, kembali diperoleh hasil nihil.

NEWTON – EINSTEIN

0

Ada konsekuensi dari teori relativitas ini. Yang paling terkenal adalah mulurnya waktu dan kontraksi panjang. Mulurnya waktu, atau bahasa kerennya Time Dilation, ini maksudnya bahwa jika suatu jam bergerak dengan kecepatan tertentu, waktunya akan memuai (mulur). Misalnya ada seorang astronot yang membawa jam tangannya saat menjalankan misi ke luar angkasa.

Pesawat luar angkasa yang membawanya meluncur sangat cepat. Jika kita, yang berada di bumi, punya teropong yang sangat sensitif dan bisa melihat ke dalam pesawat yang sedang meluncur cepat itu, kita bisa menggunakan teropong itu untuk mengintip jam tangan si astronot. Sebelum si astronot berangkat kita sudah menyesuaikan jam tangan itu dengan jam tangan yang kita gunakan di bumi. Aneh, di jam tangan si astronot yang sedang meluncur di luar angkasa itu koq lebih lambat dibanding jam tangan kita di bumi? Padahal sebelum ia berangkat kedua jam sudah dicocokkan dan si astronot tidak mengubahnya sama sekali sejak keberangkatannya itu. Jarum detiknya tampak bergerak lebih lambat dibanding jarum detik di jam tangan kita. Inilah yang disebut dengan waktu yang mulur saat bergerak pada kecepatan tinggi.

Semakin besar kecepatan gerak suatu benda atau partikel, waktu akan berjalan semakin lambat bagi benda atau partikel tersebut! Tentu saja hal ini tidak dirasakan oleh si astronot. Menurut si astronot, jam tangannya tidak berubah kecepatannya, yang berubah justru kecepatan jam tangan kita di bumi yang tampak bergerak lebih cepat. Hal ini disebabkan segala sesuatu di dalam pesawat astronot bergerak lambat termasuk proses metabolisma tubuh, getaran atom dan sebagainya.

Kontraksi panjang juga berkaitan dengan perbedaan kecepatan. Misalnya si astronot agak lelah, lalu mulai berbaring di tempat tidur yang sudah disediakan di pesawat luar angkasanya. Dengan teropong yang sama, kita bisa mengintip si astronot yang tidur berbaring itu. Aneh, sewaktu berbaring koq si astronot tampak lebih pendek? Sewaktu ia masih di bumi dan pesawatnya belum berangkat, ia tampak tinggi. Lebih aneh lagi, sewaktu ia sudah terbangun lagi dari tidurnya dan kembali berdiri, tiba-tiba ia kelihatan tinggi seperti biasa.

Tetapi ia juga kelihatan lebih kurus saat berdiri! Ada apa ini? Apa ia menyusut sewaktu sedang tidur? Tentu tidak!  Karena ia sedang berada dalam pesawat yang meluncur cepat, saat ia tidur kita melihat panjang tubuhnya menciut (terjadi kontraksi panjang). Saat ia berdiri, kita melihat lebar tubuhnya menciut (juga merupakan kontraksi panjang). Ia sendiri tidak merasakan perubahan apa-apa di dalam pesawat. Nah, inilah serunya teori relativitas!

Menurut Newton, jika sebuah benda yang sedang bergerak akan terus bergerak pada kecepatan sama jika tidak ada gaya lain yang mempengaruhinya. Jika kita memberikan gaya tambahan (secara terus-menerus) pada benda yang bergerak itu, maka gerakannya akan terus dipercepat. Ini berarti kecepatannya terus bertambah sampai pada kecepatan tak hingga, asalkan kita terus memberikan gaya yang dibutuhkan untuk mempercepat benda itu.

Einstein langsung menyatakan: “Newton, forgive me…” karena menurut Einstein ini tidak mungkin terjadi! Semakin besar kecepatan yang diinginkan semakin besar pula gaya yang harus diberikan. Untuk mencapai kecepatan cahaya, kita harus memberikan energi dalam jumlah yang tak hingga (infinite). Hal ini tidak mungkin bisa dilakukan karena energi hanya ada dalam jumlah tertentu (finite) sebagai akibat dari Hukum Kekekalan Energi (energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan). Jumlah energi yang tersedia tidak pernah bertambah sehingga kecepatan cahaya tidak mungkin bisa dicapai.

 

RELATIVITAS UMUM : ABERASI CAHAYA

0

Salah satu inspirasi tulisan ini adalah film yang dirilis pada tahun 2008, “Einstein and Eddington”. Banyak hal yang dapat dimaknai dari film tersebut, salah satunya adalah perjalanan panjang dalam membuktikan sebuah teori yang amat revolusioner—Teori Relativitas Umum. Selamat membaca.

Berawal dari Relativitas Khusus

Teori ini sebenarnya adalah perluasan dari teori relativitas khusus yang ia konstruksi pada tahun 1905. Teori Relativitas Khusus atau TRK tersaji utuh dalam paper yang berjudul “On the Electrodynamics of Moving Bodies”.  TRK ini memberikan gagasan baru mengenai cara pandang kita tentang ruang-waktu. Bahwa “waktu mutlak” (yang independen terhadap segala perilaku materi di jagat raya, seperti yang diidealkan Newton) tidaklah ada. Dan waktu justru menjadi satu koordinat yang tak terpisahkan dengan tiga koordinat ruang (dari geometri Euclid) dalam jagat raya, sehingga waktu menjadi relatif karena dipengaruhi oleh ruang, dan menciptakan entitas baru yang dinamakan “ruang-waktu” yang berdimensi-4.

Konsep revolusioner mengenai ruang-waktu itu tidak diperoleh Einstein dengan mengembangkan konsep matematika baru, melainkan dengan mengembangkan konsep ruang-waktu “kuno” melalui prosedur operasional. Konsep “kerangka Lorentz” yang ia kembangkan bersama-sama dengan postulatnya mengenai nilai kecepatan cahaya yang tak bergantung pada pemilihan kerangka inersial (Lorentz), merupakan dasar dari teori relativitasnya.

indexEclipseEclipse1919

Makalah Einstein Dipelajari oleh Sir Arthur Eddington

Semuanya bermula saat suatu hari dipelataran Cambrigde pada 1914, terjadi perbincangan antara Sir Oliver [1] dengan Eddington [2]. Ia menginstruksikan Eddington untuk mempelajari penelitian Einstein dan mengkaji keterhubungannya dan/atau perbedaannya  dengan ide-ide dasar perumusan hukum-hukum Newton.Hasil kajiannya itu harus dipresentasikan dihadapan fisikawan lain di Cambridge.

Kini, dihadapan seorang fisikawan kepala astronomi Cambridge itu terhampar sebuah makalah yang berjudul “Zur Elektrodynamik bewegter Körper” (dalam bahasa inggris: On the Electrodynamics of Moving Bodies) buah karya fisikawan teori A. Einstein. Sebuah makalah tanpa references, tanpa acknowledgement. Sebuah makalah yang seolah nampak sebagai permainan matematika semata, tanpa bisa dihubungkan alih-alih dibuktikan dalam kehidupan nyata.

Dalam presentasinya di hadapan rekan-rekan fisikawan Cambridge ia hanya mengambil satu inti sari dari paper setebal 30 halaman tersebut. Bahwa: “Time. . .is at a different speed in the universe, depending on how fast you’re moving. The faster you move, the more time… slows down.”

Walaupun ternyata mendapatkan penolakan dari para fisikawan Cambridge saat itu. Namun, rupanya Eddington amat setuju dengan ide yang Einstein tulis dalam makalah tersebut. Dan ia berkeyakinan setiap teori yang diajukan harus ada cara pembuktiannya di dunia nyata. Beberapa hari setelah itu, ia menulis surat kepada Einstein, menanyakan bagaimana teorinya menjelaskan tentang realitas alam. Semenjak itulah korespondensi antara keduanya terjalin.

Prediksi Relativitas Umum untuk Presisi Orbit Perohelion Merkurius

Salah satu permasalahan klasik dari hukum gravitasi Newton adalah ketidaksesuainnya prediksinya terhadap presisi orbit Merkurius [3]. Bermula saat seorang astronomer asal Perancis, Le Verriere pada 1846 mencoba melakukan kalkulasi dan observasi mengenai presisi orbit planet berdasarkan hukum Newton. Ia mendapati bahwa orbit dari sebuah planet yang mengelilingi matahari memang tunduk pada hukum gravitasi Newton.

Namun, saat ia melakukan pengamatan pada merkurius, ia mendapati hal yang berbeda. berdasarkan pengamatan dengan berdasarkan kalkulasi dari teori newton yaitu menyisakan 38 detik busur yang tak terjelaskan oleh teori Newton.  Pada 1890, Newcomb melakukan pengamatan secara seksama terhadap apa yang dilakukan oleh Le Verriere. ia mendapati bahwa presisi tersebut harusnya 43 derajat detik busur. efek apakah yang menyebabkan munculnya angka ini? padahal efek angguan gravitasi yang dihitung oleh teori gangguan Newtonian dari gerakan planet lain, seperti Venus,  bumi dan Jupiter telah diperhitungkan?

Tidak banyak orang yang memperhatikan keganjilan ini. Dan lebih menganggapnya sebagai kebenaran dengan adanya prinsip aproksimasi dan kompleksitas. Namun, justeru fakta inilah yang disadari oleh Eddington. Ia kemudian menulis sepucuk surat kepada Einstein untuk meminta penjelasan terkait prediksi teori relativitasnya bagi orbit merkurius.

Sangat mengesankan!!! teori relativitas Eintein berhasil memberikan prediksi yang sempurna bagi presisi orbit merkurius. Presisi sebesar 43 detik busur per abad yang tak terpecahkan itu ternyata murni berasal dari akibat digunakannya relativitas umum. Eddington segera menyadari bahwa Einstein telah mendekatkan teorinya pada masalah gravitasi.

***

Jika melihat “The Collected Papers of Albert Einstein“, hasil perhitungan yang ia berikan kepada Eddington, ia sampaikan juga dalam kuliahnya di Prussian Academy of Sciences, Berlin pada 18 Nopember 1918.Kuliah yang ia bawakan berjudul: “Erklarung der Perihelbewegung des Merkur aus der allgemeinen Realtivitatstheorie” (Explanation of the Perihelion Motion of Mercury from General Relativity Theory). Dalam penjelasannya, ia mengawali dari medan gravitasi dan dengan sejumlah aproksimasi. sungguh perumusan yang amat kompleks.

Tak lama kemudian, datang sepucuk surat dari Karl Schwarzschild (seorang fisikawan jerman). Dalam surat itu, Karl menyatakan bahwa ia memberikan perhatian lebih pada perhitungan Einstein terkait dengan perihelion merkurius. Ia kemudian mengajukan perhitungan yang nampak lebih sederhana ketimbang yang Einstein lakukan.

Efek Pembelokan Cahaya dan Ekspedisi Gerhana Matahari 1919

Sebenarnya, pada 1911, Einstein mempublikasikan papernya yang berjudul, “On the Influence of Gravitation on the Propagation of Light“. Dalam paper setebal 8 halaman itu, Einstein meramalkan bahwa cahaya dapat dibelokkan oleh medan gravitasi. Namun, barulah pada 15 November 1915, paper berjudul “On The General Theory Of Relativity” merampungkan apa-apa yang telah Einstein ramalkan sebelumnya. Einstein sampai pada kesimpulan bahwa ruang-waktu bersifat lengkung. kehadiran massa melengkungkan ruang-waktu disekitarnya.

Gambarannya seperti ini. Jika cahaya bintang melewati sebuah benda langit massif seperti matahari, maka ramalan Einstein adalah cahaya bintang itu akan dibelokkan di sekitar matahari tersebut. Membeloknya cahaya bintang itu bukan disebabkan oleh tertariknya cahaya bintang karena pengaruh gaya gravitasi matahari, melainkan ruang-waktu di sekitar matahari tersebut melengkung.

Untuk menguji keabsahan teorinya tersebut adalah dengan mengamati cahaya bintang yang dekat dengan matahari. membandingkan dua plat foto beberapa bintang yang diambil saat gerhana matahari dengan foto bintang tersebut di malam hari. Jika memang ada gap, berarti itu membuktikan bahwa cahaya dibelokan oleh matahari. Eddington melakukan ekspedisi ke daerah Principe, Afrika. Tempat terbaik untuk mengamati gerhana matahari pada 1919.

Hasilnya, Eddington mendapati bahwa memang terdapat gap antara kedua foto tersebut. Yang artinya, cahaya dibelokkan disekitar matahari. Ruang-waktu disekitar matahari melengkung.

So, we have a new theory of Gravity 🙂

Catatan :

  1. Sir Oliver atau yang bernama Sir Oliver Joseph Lodge adalah fisikawan Inggris yang lahir pada tahun 1851. Peraih Rumford Medal dari Royal Society pada 1898. Dia adalah pemegang paten pada Wireless Telegraphy.
  2. Sir Eddington, nama lengkap: Arthur Stanley Eddington adalah astrofisikawan inggris yang memiliki kemampuan terbaik dalam hal pengukuran dan observasi saat itu. Lahir pada 28 Desember 1882 di daerah Cumbria, Inggris. Eddington menulis sejumlah artikel terkait teori relativitas dalam bahasa inggris. Dan boleh dikatakan bahwa ia adalah astrofisikawan inggris pertama yang menerima teori relativitas Einstein.
  3. Presisi orbit merkurius dari eksperimen adalah 5600 detik busur per abad. sedangkan perhitungan berdasar teori Newton adalah 5557 detik busur. Nilai tersebut berasal dari rotasi bumi berdasarkan sistem kerangka koordinat astronomik sebesar 5025 detik busur. Dan gangguan Newtonian dari gerakan planet lain, seperti Venus,  bumi dan Jupiter sebesar 532 detik bususr.

Sumber Gambar: http://www.physicsoftheuniverse.com/topics_relativity_general.html