Relativitas Einstein Dan Perjalanan Menembus Waktu

Relativitas Einstein Dan Perjalanan Menembus Waktu

Einstein mengemukakan teorinya yang hingga kini masih menjadi acuan bagi para ilmuwan dalam melihat pergeseran waktu. Teori tersebut ... 08.38.00

Einstein mengemukakan teorinya yang hingga kini masih menjadi acuan bagi para ilmuwan dalam melihat pergeseran waktu. Teori tersebut juga telah menggantikan hukum gravitasi Newton dimana matematika geometri diferensial dan tensor harus digunakan untuk menjelaskan gravitasi. Teori relativitas Einstein juga menjadi acuan terhadap dilatasi waktu. Dalam teori relativitas, dilatasi waktu adalah perbedaan waktu berlalu antara dua peristiwa yang diukur oleh pengamat baik bergerak relatif terhadap satu sama lain atau perbedaan situasi dari massa gravitasi. Teori Relativitas juga memprediksi bahwa laju keseluruhan waktu sama-sama dipengaruhi oleh gravitasi independen tentang bagaimana waktu tersebut terekonstruksi secara fisik ataupun teknis.

Sebuah jam akurat saat berada pada satu pengamat mungkin terukur pada tingkatan waktu yang berbeda ketika diperbandingkan dengan pengamat kedua yang memiliki jam akurat yang sama. Efek ini muncul bukan dari aspek teknis jam ataupun dari fakta bahwa sinyal membutuhkan waktu untuk tersebar, tetapi dari sifat ruang waktu itu sendiri.

"Spacetime curvature". Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spacetime_curvature.png#/media/File:Spacetime_curvature.png

Dilatasi waktu disebabkan oleh perbedaan baik gravitasi atau kecepatan relatif. Pada sebuah satelit ISS dimana astronot bergerak di dalamnya dengan acuan rotasi dari satelit, usia yang dimiliki para astronot kurang dari usia yang ada di bumi. Dalam kasus ISS, waktu lebih lambat karena kecepatan di orbit melingkar; efek ini sedikit berkurang oleh efek berlawanan sedikit potensial gravitasi. Namun perbedaan usia antara astronot dengan manusia di bumi masih terbilang sedikit karena gerak rotasi satelit ISS. Efek akan lebih besar jika astronot bepergian lebih dekat dengan kecepatan cahaya (sekitar 300.000 km/s), bukan kecepatan mengorbit satelit yang hanya sekitar 7,7 km/s.

Pembuktian Relativitas Einstein

Hafele dan Keating, pada tahun 1971, menerbangkan jam atom cesium ke timur dan barat mengelilingi bumi dalam pesawat komersial, untuk membandingkan waktu yang telah berlalu terhadap sebuah jam yang berada di US Naval Observatory. Dua efek berlawanan ditemukan pada percobaan tersebut. Jam pertama diharapkan berusia lebih cepat (menunjukkan waktu berlalu lebih cepat) dari jam kedua karena berada dilebih tinggi potensial gravitasi untuk sebagian besar perjalanan. Tapi sebaliknya, jam pertama bergerak memiliki usia lebih lambat karena kecepatan perjalanan mereka. Dari jalur penerbangan yang sebenarnya dari setiap perjalanan, teori memprediksi bahwa jam terbang, dibandingkan dengan jam referensi di US Naval Observatory, harus kehilangan 40 ± 23 nanodetik selama perjalanan ke arah timur dan harus telah mendapatkan 275 ± 21 nanodetik selama perjalanan ke arah barat . Sehubungan dengan skala waktu atom dari US Naval Observatory, jam terbang hilang 59 ± 10 nanodetik selama perjalanan ke arah timur dan memperoleh 273 ± 7 nanodetik selama perjalanan ke arah barat (di mana bar error mewakili standar deviasi). Pada tahun 2005, National Physical Laboratory di Inggris melaporkan replikasi mereka terbatas pada percobaan ini. NPL percobaan berbeda dari aslinya dalam jam cesium yang dikirim pada perjalanan pendek (London-Washington DC), namun memiliki tingkat jam yang lebih akurat. Hasil yang dilaporkan berada dalam 4% dari prediksi relativitas Einstein, dalam ketidakpastian pengukuran.

Saat ini para ilmuwan telah menggunakan percobaan dengan menggunakan jam atom yang diterbangkan dengan roket ke ruang angkasa. Percobaan ini bertujuan untuk mendapatkan data yang lebih akurat mengenai perbedaan waktu yang didapat. Kondisi percobaan ini merupakan yang paling cocok karena gradien besar di potensial gravitasi (gravitasi bervariasi ada banyak). Hal ini memungkinkan pengujian apakah benar-benar ada perbedaan dalam cara jam berjalan di dekat atau jauhnya dengan sumber gravitasi.

Dalam percobaan tersebut data antara yang diruang angkasa dengan dibumi menunjukkan perbedaan. Dilatasi waktu tersebut telah berulang kali menunjukkannya (lihat konfirmasi eksperimental bawah), misalnya dengan perbedaan kecil dalam jam atom di Bumi dan di ruang angkasa, meskipun kedua jam bekerja sempurna (tidak ada kerusakan mekanik). Hukum alam yang sedemikian rupa sehingga waktu itu sendiri (yaitu ruang-waktu) akan menekuk karena perbedaan baik gravitasi atau kecepatan -. Masing-masing mempengaruhi waktu dengan cara yang berbeda.

Kecepatan Dilatasi Waktu Relativitas Einstein

Secara teori, dan untuk membuat contoh yang lebih jelas, dilatasi waktu bisa mempengaruhi pertemuan untuk astronot dengan teknologi canggih dan kecepatan perjalanan yang lebih tinggi. Para astronot harus mengatur jam mereka untuk menghitung persis 80 tahun, sedangkan pengendali misi - kembali di Bumi - mungkin perlu untuk menghitung 81 tahun. Para astronot akan kembali ke bumi, setelah misi mereka, setelah berusia satu tahun kurang dari orang-orang yang tinggal di Bumi. Apa yang lebih, pengalaman berlalunya waktu lokal tidak pernah benar-benar berubah bagi siapa saja. Dengan kata lain, para astronot di kapal serta kru pengendali misi di Bumi masing-masing merasa normal, meskipun efek dilatasi waktu (yaitu kepada pihak bepergian, stasioner yang hidup "lebih cepat", sedangkan bagi mereka yang masih berdiri, rekan-rekan mereka dalam gerakan hidup "lebih lambat" pada saat tertentu).

Ketika dua pengamat yang bergerak relatif sama dan tidak dipengaruhi oleh massa gravitasi, sudut pandang masing-masing akan seperti (bergerak) jam lainnya yang terus berdetak pada tingkat yang lebih lambat dari jam lokal. Semakin cepat kecepatan relatif, semakin besar magnitude dilatasi waktu. Kasus ini kadang-kadang disebut relativistik khusus dilatasi waktu.

Misalnya, dua kapal roket (A dan B) mempercepat melewati satu sama lain dalam ruang akan mengalami dilatasi waktu. Jika mereka entah bagaimana memiliki pandangan yang jelas ke kapal masing-masing, masing-masing kru akan melihat jam yang lain 'dan gerakan yang akan lebih lambat. Artinya, di dalam kerangka acuan dari Kapal A, semuanya bergerak secara normal, tetapi segala sesuatu lebih dengan Kapal B yang tampaknya bergerak lebih lambat (dan sebaliknya).

Dari perspektif lokal, waktu terdaftar oleh jam yang saat diam pada kerangka acuan lokal (dan jauh dari massa gravitasi) selalu muncul untuk lewat pada tingkat yang sama. Dengan kata lain, jika sebuah kapal baru, Kapal C, perjalanan bersama Kapal A, itu adalah "saat diam" relatif terhadap Kapal A. Dari sudut pandang Kapal A, waktu untuk Kapal baru C akan tampak normal juga.

Gravitasi Dilatasi Waktu Relativitas Einstein

Dalam hal ini para astronot yang berada di satelit ISS akan mengalami yang namanya gravitasi dilatasi waktu dan memiliki efek sebaliknya dari waktu relatif kecepatan dilatasi.  Kecepatan dan gravitasi masing-masing akan memperlambat waktu setiap kali para astronot meningkatkannya. Kecepatan meningkat untuk para astronot, akan memperlambat waktu mereka, sedangkan gravitasi menurun, mempercepat waktu (astronot mengalami gravitasi kurang dari di Bumi). Namun demikian, astronot awak ISS akhirnya berakhir dengan  waktu lebih lambat karena dua efek yang berlawanan tidak sama kuat. Waktu kecepatan dilatasi (dijelaskan di atas) membuat perbedaan besar, dan memperlambat waktu. (waktu-dipercepat) efek gravitasi rendah tidak akan membatalkan (waktu-melambat) efek dari kecepatan kecuali ISS mengorbit lebih jauh dari Bumi.

Dalam relativitas umum Einstein, jam berjalan jauh lebih lambat disaat berada pada potensi kuat gravitasi massa - semakin dekat mereka ke sumbernya. Efek ini tidak terbatas pada astronot saja. Perbedaan waktu juga terjadi antara pemanjat gunung atau masyarakat yang tinggal di pegunungan dengan masyarakat yang tinggal di pesisir. Waktu yang lewat di puncak gunung sedikit lebih cepat dibandingkan dengan waktu yang lewat di daerah pesisir. Hal ini terjadi karena masyarakat yang tinggal di pegunungan berada lebih jauh dari pusat gravitasi dibandingkan dengan wilayah pesisir.

Dalam teori relativitas Einstein, dilatasi waktu dalam dua keadaan ini dapat diringkas:

·                     Dalam relativitas khusus (atau, hipotetis jauh dari semua massa gravitasi), jam yang bergerak terhadap sistem inersia pengamatan diukur akan berjalan lebih lambat. Efek ini dijelaskan dengan tepat oleh transformasi Lorentz.

·                     Dalam relativitas umum, jam pada posisi dengan potensial gravitasi yang lebih rendah - seperti dalam jarak dekat ke planet - yang ditemukan akan berjalan lebih lambat.

Global Positioning System dapat dianggap sebagai percobaan yang terus beroperasi di kedua relativitas khusus dan umum. Di-orbit jam dikoreksi untuk kedua efek dilatasi khusus dan umum waktu relativistik seperti dijelaskan di atas, sehingga (seperti yang diamati dari permukaan bumi) mereka berjalan pada tingkat yang sama seperti jam di permukaan bumi.