Teori relativitas khusus, yang pada awal abad terakhir menjungkirbalikkan gagasan yang diterima secara umum tentang dunia, masih terus menggairahkan pikiran dan hati orang. Hari ini kita akan mencoba mencari tahu bersama apa itu.
Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan Teori Relativitas Khusus (SRT), yang menjelaskan bagaimana menafsirkan gerakan antara kerangka acuan inersia yang berbeda - sederhananya, objek yang bergerak pada kecepatan konstan dalam kaitannya satu sama lain.
Einstein menjelaskan bahwa ketika dua objek bergerak dengan kecepatan konstan, seseorang harus mempertimbangkan gerakannya relatif satu sama lain, alih-alih menerima salah satunya sebagai kerangka acuan absolut.
Jadi, jika dua astronot, Anda dan, katakanlah, Herman, terbang di dua pesawat ruang angkasa dan ingin membandingkan pengamatan Anda, satu-satunya hal yang perlu Anda ketahui adalah kecepatan relatif satu sama lain.
Relativitas khusus hanya mempertimbangkan satu kasus khusus (karena itu namanya), ketika gerakannya bujursangkar dan seragam. Jika benda material berakselerasi atau berbelok, hukum SRT tidak lagi berfungsi. Kemudian teori relativitas umum (GTR) mulai berlaku, yang menjelaskan pergerakan benda material dalam kasus umum.
Teori Einstein didasarkan pada dua prinsip dasar:
1. Prinsip relativitas: hukum fisika dipertahankan bahkan untuk benda yang merupakan kerangka acuan inersia, yaitu, bergerak dengan kecepatan konstan relatif terhadap satu sama lain.
2. Prinsip kecepatan cahaya: kecepatan cahaya tetap tidak berubah untuk semua pengamat, terlepas dari kecepatan mereka dalam hubungannya dengan sumber cahaya. (Fisikawan menunjukkan kecepatan cahaya dengan huruf c).
Video promosi:
Salah satu alasan kesuksesan Albert Einstein adalah karena ia menempatkan data eksperimen di atas data teoritis. Ketika serangkaian eksperimen mengungkapkan hasil yang bertentangan dengan teori yang diterima secara umum, banyak fisikawan memutuskan bahwa eksperimen ini salah.
Albert Einstein adalah salah satu orang pertama yang memutuskan untuk membangun teori baru berdasarkan data eksperimen baru.
Pada akhir abad ke-9, fisikawan sedang mencari eter misterius - media di mana, menurut asumsi yang diterima secara umum, gelombang cahaya harus merambat, seperti gelombang akustik, yang membutuhkan udara untuk merambat, atau media lain - padat, cair atau gas. Keyakinan akan keberadaan eter telah menimbulkan keyakinan bahwa kecepatan cahaya harus berubah bergantung pada kecepatan pengamat dalam hubungannya dengan eter.
Albert Einstein meninggalkan konsep eter dan menyatakan bahwa semua hukum fisika, termasuk kecepatan cahaya, tetap tidak berubah terlepas dari kecepatan pengamat - seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen.
Homogenitas ruang dan waktu
SRT Einstein mendalilkan hubungan mendasar antara ruang dan waktu. Alam Semesta Material, seperti yang Anda ketahui, memiliki tiga dimensi spasial: atas-bawah, kanan-kiri, dan maju-mundur. Satu dimensi lagi ditambahkan padanya - sementara. Bersama-sama, keempat dimensi ini membentuk kontinum ruang-waktu.
Jika Anda bergerak dengan kecepatan tinggi, pengamatan Anda terhadap ruang dan waktu akan berbeda dengan pengamatan orang lain yang bergerak dengan kecepatan lebih lambat.
Gambar di bawah ini menunjukkan eksperimen pikiran untuk membantu Anda memahami gagasan ini. Bayangkan Anda berada di pesawat ruang angkasa, memegang laser di tangan Anda, dengan bantuan yang Anda kirimkan berkas cahaya ke langit-langit tempat cermin dipasang. Cahaya, yang dipantulkan, jatuh pada detektor, yang mendaftarkannya.
Di atas - Anda mengirim seberkas cahaya ke langit-langit, itu dipantulkan dan jatuh secara vertikal pada detektor. Bawah - untuk Herman, pancaran cahaya Anda bergerak secara diagonal menuju langit-langit dan kemudian secara diagonal menuju detektor.
Di atas - Anda mengirim seberkas cahaya ke langit-langit, itu dipantulkan dan jatuh secara vertikal pada detektor. Bawah - untuk Herman, pancaran cahaya Anda bergerak secara diagonal menuju langit-langit dan kemudian secara diagonal menuju detektor.
Misalkan kapal Anda bergerak dengan kecepatan konstan sama dengan setengah kecepatan cahaya (0,5c). Menurut Einstein SRT, tidak masalah bagi Anda, Anda bahkan tidak memperhatikan gerakan Anda.
Namun, Herman, mengawasi Anda dari kapal luar angkasa yang sedang beristirahat, akan melihat gambaran yang sama sekali berbeda. Dari sudut pandangnya, berkas cahaya akan bergerak secara diagonal ke cermin di langit-langit, memantul darinya dan jatuh secara diagonal ke detektor.
Dengan kata lain, lintasan berkas cahaya akan terlihat berbeda untuk Anda dan bagi Herman dan panjangnya akan berbeda. Oleh karena itu, lamanya waktu yang diperlukan sinar laser untuk menempuh jarak ke cermin dan ke detektor akan tampak berbeda bagi Anda.
Fenomena ini disebut dilatasi waktu: waktu di kapal luar angkasa yang bergerak dengan kecepatan tinggi, dari sudut pandang pengamat di Bumi, mengalir jauh lebih lambat.
Contoh ini, seperti banyak contoh lainnya, dengan jelas menunjukkan hubungan yang tak terpisahkan antara ruang dan waktu. Hubungan ini dengan jelas dimanifestasikan kepada pengamat hanya pada kecepatan tinggi, mendekati kecepatan cahaya.
Percobaan sejak Einstein menerbitkan teori besarnya telah menegaskan bahwa ruang dan waktu sebenarnya dipersepsi berbeda tergantung pada kecepatan pergerakan benda.
Menggabungkan massa dan energi
Dalam artikel terkenalnya yang diterbitkan pada tahun 1905, Einstein menggabungkan massa dan energi dalam rumus sederhana yang telah diketahui setiap siswa sejak: E = mc².
Menurut teori fisikawan besar itu, ketika kecepatan benda material bertambah, mendekati kecepatan cahaya, massanya juga bertambah. Itu. semakin cepat benda bergerak, semakin berat jadinya. Dalam hal mencapai kecepatan cahaya, massa tubuh beserta energinya menjadi tak terbatas. Semakin berat tubuhnya, semakin sulit untuk meningkatkan kecepatannya; dibutuhkan energi dalam jumlah tak terhingga untuk mengakselerasi benda bermassa tak berhingga, sehingga mustahil benda material mencapai kecepatan cahaya.
Sebelum Einstein, konsep massa dan energi dalam fisika dianggap terpisah. Ilmuwan yang brilian membuktikan bahwa hukum kekekalan massa, seperti hukum kekekalan energi, adalah bagian dari hukum energi massa yang lebih umum.
Karena hubungan mendasar antara kedua konsep ini, materi dapat diubah menjadi energi, dan sebaliknya - energi menjadi materi.
