Mengenal Teori Relativitas Khusus, Rumus, & Contoh Soal

Alam semesta memiliki berbagai misteri yang terus digali oleh para ilmuwan fisika. Salah satu fenomena alam mengenai ruang dan waktu mulai terjawab di teori relativitas khusus. Bagi Kawan Literasi yang tertarik dengan materi ini, berikut pembahasan lengkapnya. 

Apa itu Teori Relativitas Khusus

Pada zaman sebelum munculnya teori relativitas, ilmuwan fisika mempercayai prinsip hukum newton mengenai gravitasi bahwa ruang dan waktu adalah sesuatu yang mutlak. Namun, pada abad ke-19 terdapat suatu fenomena yang “melanggar” hukum ini yakni ketika planet merkurius mengitari matahari lebih cepat dari yang telah diperhitungkan. 

Pada tahun 1905 Albert Einstein menemukan teori relativitas dan menggantikan konsep hukum fisika klasik yang hingga saat ini digunakan untuk menjawab fenomena yang terjadi di alam semesta. Albert Einstein mengemukakan bahwa ruang dan waktu dapat disatukan atau dibengkokkan. Beliau menjawab semua pertanyaan atas fenomena melalui relativitas khusus dan umum.

A. Teori Relativitas Khusus

Einstein menjelaskan bahwa hukum fisika dan kecepatan cahaya adalah hal mutlak, sedangkan ruang dan waktu adalah relatif. Berikut adalah 2 postulat Einstein mengenai relativitas khusus:

1. Hukum fisika adalah mutlak atau memiliki sifat yang konstan. Pernyataan ini mengacu pada kerangka yang konstan bahwa hukum fisika memiliki bentuk yang sama. 
2. Kecepatan cahaya adalah konstan dan memiliki nilai (c =3×108 m/s). Pertanyaan ini bergantung pada sumber cahaya dari posisi si pengamat. Misalnya pada kerangka acuan di mana terdapat dua pengamat, satu akan melihat sesuatu yang bergerak sedangkan yang lain melihat sesuatu yang diam. Perbedaan ini merupakan sudut pandang terhadap ruang dan waktu. 

Konsekuensi dari teori relativitas khusus adalah sebagai berikut:

1. Dilatasi Waktu

Dampak teori relativitas menyebabkan pemekaran waktu. Mengapa hal ini terjadi? Karena perbedaan “gerak” dari dua pengamat terhadap ruang dan waktu dapat berbeda. Berikut rumus hubungan antara dua selang waktu:

2. Kontraksi Panjang

Kemungkinan pemendakan jarak dari dua titik yang diukur terhadap dua pengamat yang bergerak secara relatif akan menyebabkan kontraksi panjang. 

3. Massa Relativistik

Massa benda yang bergerak akan memiliki kecenderungan lebih besar dibandingan massa benda yang tidak bergerak. 

4. Momentum Relativistik

Ketika massa relativistik menjelaskan bahwa massa yang bergerak akan lebih berat, maka pada momentum relativistik menerangkan bahwa benda memiliki berat massa sehingga kecepatan akan memiliki momentumnya. Pada konteks ini teori relativitas memiliki kemungkinan terjadinya perubahan momentum.

5. Energi relativistik

mc2 = m0c2

Pada energi relativistik menjelaskan kemungkinan bahwa energi dan massa dapat dibuat setara. Hukum ini akan berkaitan dengan pernyataan Einstein pada hukum massa-energi.

B. Teori Relativitas Umum

Setelah menemukan teori relativitas khusus, maka Einstein kemudian menggabungkan teori newton dan gravitasi dengan relativitas. Ia menyebut penggabungan teori ini dengan relativitas umum.

Albert Einstein menjelaskan bahwa gravitasi muncul sebagai bagian dari ruang dan waktu. Gravitasi timbul karena hasil dari penggabungan ruang dan waktu karena adanya besaran massa.

Massa ini lah yang membuat ruang dan waktu melengkung, begitupun benda-benda yang ada disekitarnya. Benda-benda ini akan tertarik mendekati sumber lengkungan yang menariknya.

Dalam penerapannya dapat dilihat ketika Kawan Literasi meletakkan benda kecil di bola basket yang nantinya akan tertarik ke arah lengkungan. Konsep inilah yang dinamakan gravitasi pada teori relativitas umum seperti konsep di bawah ini:

Manfaat Teori Relativitas

Berikut adalah penerapan teori relativitas pada fenomena alam dan kemajuan teknologi.

1. Memecahkan Masalah Lubang Hitam

Penggunaan teori relativitas diterapkan oleh ilmuwan bernama Schwarzschild  yang memecahkan masalah melalui persamaan medan Einstein. Beliau menjelaskan bahwa terdapat geometri ruang waktu di sekitar bintang. Hal ini menjelaskan bahwa bintang memiliki kerapatan penting dengan gravitasi yang tinggi. 

Kuatnya gravitasi bintang akan melengkungkan ruang dan waktu sehingga cahaya akan masuk ke dalamnya. Astronom memperkirakan bahwa letak lubang hitam dengan gravitas tinggi melalui perubahan sifat material langit di sekitarnya.

2. Ledakan Besar Awal Mula Pembentukan Bumi

Manfaat teori dapat  memprediksi bahwa alam semesta berawal dari ledakan benda padat. Hal ini menunjukkan bahwa alam semesta menjadi memuai dan menjadi material yang kecil dan menjauh. Pernyataan ini dibuktikan langsung oleh Edwin Hubble yang mengatai nebula spiral pada galaksi Bima Sakti.

3. Televisi Analog

Konsep teori relativitas dikembangkan pada teknologi televisi analog. Sinar katoda akan mentransfer elektron pada fosfor magnet. Nah, elektron inilah yang menciptakan pixel warna pada televisi yang memiliki 30% kecepatan cahaya sehingga dapat memunculkan gambar.

Contoh Soal Teori Relativitas khusus

Agar Kawan Literasi memahami penerapan rumus, berikut contoh soal teori relativitas khusus:

Baca juga: Pengertian Termokimia, Rumus, dan Contoh Lengkapnya

Nah itu tadi penjelasan lengkap mengenai relativitas khusus materi fisika. Semoga dapat membantu Kawan Literasi dalam memahami fenomena di alam semesta dilihat dari sudut pandang sains ya.