Albert Einstein adalah salah satu fisikawan paling terkenal di abad ke-20. Namun, selain teori luar biasa yang menggambarkan dunia berskala besar dengan akurasi luar biasa, ia mengungkapkan satu fenomena aneh: semakin kuat gravitasi, semakin lambat waktu berlalu.
Einstein menyebut teori pertamanya yang dikenal seluruh dunia sebagai teori relativitas khusus. Itu istimewa karena menangani kecepatan konstan. Untuk mendamaikannya dengan dunia nyata, di mana objek terus-menerus berakselerasi dan melambat, dia perlu menyelidiki implikasi teorinya dalam hal percepatan. Upaya untuk menggeneralisasi dan memperhitungkan semua fenomena umum ini mengarah pada penemuan hubungan antara waktu dan gravitasi. Einstein menyebut teori barunya Relativitas Umum.
Newton percaya bahwa aliran waktu itu seperti anak panah. Ini bergerak dengan mantap hanya dalam satu arah - maju. Einstein mengemukakan bahwa waktu berubah berbanding terbalik dengan kecepatan. Dan karena fluiditasnya, seperti ruang, ia "pantas" diukur sendiri. Selain itu, Einstein berpendapat bahwa ruang dan waktu adalah satu kesatuan - struktur empat dimensi yang fleksibel tempat semua peristiwa di Alam Semesta berlangsung. Itulah yang dia sebut - jalinan ruang-waktu. Ketika fisikawan itu menerbitkan karyanya dengan segala kesimpulannya, dia disambut dengan ketidakpercayaan.
Menurut Relativitas Umum, materi membentang dan mengkerut struktur ruangwaktu. Ternyata benda-benda tidak tertarik ke pusat bumi dengan cara yang misterius, melainkan, sebaliknya, didorong oleh ruang melengkung di sekitarnya. Seperti lereng, kelengkungan ruang-waktu mempercepat objek yang bergerak ke bawah, meskipun laju percepatannya tidak selalu sama. Gaya gravitasi meningkat saat Anda mendekati permukaan bumi, tempat lengkungannya lebih kuat.
Sejarah alam semesta di atas panah waktu.
Jika gaya gravitasi meningkat saat bergerak ke bawah, benda akan lebih cepat jatuh ke titik B di permukaan daripada ke titik A di ketinggian yang lebih tinggi. Menurut Teori Relativitas Khusus, waktu benda jatuh bebas di titik B seharusnya lebih lambat dibandingkan dengan benda di titik A karena fakta bahwa kecepatan benda di titik B lebih tinggi.
Apa itu waktu
Video promosi:
Jam berapa yang benar? Einstein mendalilkan bahwa tidak ada waktu absolut. Waktu adalah relatif tergantung pada sistem gaya yang dikenakan padanya. Ini secara resmi disebut kerangka acuan. Waktu yang berlalu dalam sistem Anda disebut waktu Anda sendiri. Jika hukum gerak harus sama untuk semua pengamat, terlepas dari gerakan mereka, maka waktu harus diperlambat. Artinya, semakin cepat Anda bergerak, semakin lambat jam Anda berdetak relatif terhadap jam lainnya. Inilah yang dikatakan oleh pahlawan wanita Anne Hathaway kepada karakter Matthew McConaughey dalam "Interstellar" setelah turun ke planet yang jauh: "Satu jam di planet ini sama dengan tujuh tahun Bumi."
Jadi, apakah mengamati waktu yang diperlambat merupakan batasan dari susunan saraf primitif kita, atau apakah waktu benar-benar melambat? Dan apa sebenarnya arti pelebaran waktu? Pada akhirnya, ini membawa kita pada pertanyaan: apa itu waktu? Ini bukan hanya pertanyaan yang diajukan siswa filsafat satu sama lain di atas segelas bir. Konsep waktu telah membingungkan para filsuf dan fisikawan alam sejak jaman dahulu kala.
Fungsi utama waktu adalah mencatat kronologi peristiwa. Namun, hingga 400 tahun terakhir, manusia telah menentukan waktu berdasarkan asumsi bahwa bintang-bintang bergerak mengelilingi bumi, dan bukan sebaliknya. Terlepas dari itu, semuanya bekerja dengan cukup baik - karena hari dan musim berulang dengan pasti, dan ketika Anda memiliki sesuatu yang berulang, maka ada mekanisme untuk melacak waktu.
Galileo menggunakan sifat rekursif dari mekanisme semacam itu untuk menghitung gerak. Penjelasan tentang pergerakan tidak mungkin dilakukan tanpa adanya waktu. Tapi kali ini tidak pernah mutlak. Bahkan ketika Newton merumuskan hukum geraknya, ia menggunakan konsep waktu, di mana dua pasang jam berdetak secara serempak bukan dengan waktu mutlak dan independen, tetapi dengan satu sama lain. Sinkronisasi adalah alasan mengapa umat manusia telah membangun jam atom yang begitu canggih dan akurat.
Konsep waktu dibangun di atas keserempakan atau kebetulan yang menentukan dari dua peristiwa - seperti kedatangan kereta api dan kebetulan unik dari jarum jam pada saat itu. Teori Einstein menyatakan bahwa ini pasti dipengaruhi oleh gerakan. Jika dua pengamat di peron dan kereta tidak dapat sepakat tentang apa itu pada waktu yang sama, mereka tidak dapat menyetujui bagaimana waktu itu sendiri mengalir.
Gerakan mendistorsi waktu
Untuk memahami efek pergerakan pada prediktabilitas, pertimbangkan mekanisme pengaturan waktu yang sederhana. Bayangkan alat pelacak waktu yang terdiri dari foton yang memantul di antara dua cermin dengan jarak yang berhingga. Biarkan satu detik berlalu selama periode refleksi foton. Sekarang kita akan menempatkan dua perangkat semacam itu di titik A dan B di atas permukaan bumi dan langsung di atasnya (seperti dalam contoh yang dijelaskan di atas) dan melihat bagaimana mereka menghitung waktu ketika benda yang jatuh bebas melewatinya. Pada gilirannya, objek ini mengukur waktunya sendiri menggunakan jam yang sama. Apa yang akan mereka tunjukkan?
Menyaksikan pantulan foton di antara dua cermin yang bergerak seperti melihat bola tenis yang memantul di kereta yang bergerak. Bahkan jika bola memantul secara tegak lurus ke seseorang di kereta, itu menggambarkan segitiga untuk pengamat yang tidak bergerak di luar.
Eksperimen dengan jam jatuh.
Ketika peralatan bergerak maju, tampaknya foton, seperti bola, bergerak lebih jauh setelah dipantulkan. Ternyata salah satu hasil eksperimen kami terdistorsi! Selain itu, semakin cepat aparatus bergerak, semakin banyak waktu yang dibutuhkan foton untuk memantulkannya, sehingga memperpanjang durasi satu detik. Itulah sebabnya perjalanan waktu di titik B ternyata lebih lambat daripada di titik A (ingat: karena gaya gravitasi, benda jatuh di titik B lebih cepat daripada di titik A).
Tentu saja, perbedaan ini dapat diabaikan. Perbedaan antara waktu yang diukur dengan jam di puncak gunung dan di permukaan bumi hanya beberapa nanodetik. Namun demikian, penemuan Einstein merupakan terobosan nyata. Gravitasi benar-benar mengganggu perjalanan waktu, yang berarti semakin masif suatu benda, semakin lambat waktu mengalir di dekatnya. Beberapa fisikawan bahkan membuat reservasi bahwa semua objek di Semesta tampaknya merasakannya dan mencoba jatuh ke mana waktu berjalan lebih lambat, dari tempat di mana waktu berjalan lebih cepat.
Medan gravitasi bumi dan satelit GPS.
Kaki lebih muda dari kepala
Saat ini, dilatasi waktu gravitasi tidak hanya merupakan fenomena terkenal dari bidang fisika teoretis, tetapi juga merupakan alat praktis. Berkat penemuan Einstein dan persamaannya, kita memiliki hal yang luar biasa seperti navigasi GPS, yang tidak dapat bekerja secara akurat jika perbedaan antara waktu di permukaan bumi dan waktu di orbit dekat Bumi tidak diperhitungkan. Pelebaran waktu gravitasi juga membantu fisikawan teoritis dan astrofisikawan untuk membangun teori yang akurat tentang apa yang terjadi di luar angkasa dekat objek yang secara fisik tidak dapat kita dekati (misalnya, lubang hitam dan bintang neutron). Dan ya, mengingat fenomena ini, ternyata kaki Anda - meskipun sangat tidak signifikan - lebih muda dari kepala Anda.
Vladimir Guillen
