Home / Berita / Albert Einstein: Perombak Dasar-dasar Fisika

Albert Einstein: Perombak Dasar-dasar Fisika

Telah lebih dari seperempat abad Einstein meninggalkan kita, tetapi teori-teorinya sampai sekarang masih tetap hangat.

Entah sudah berapa untaian kata yang telah ditulis tentang ilmuwan besar yang bernama Albert Einstein ini. Tak kurang pula banyaknya karangan yang memuji kemampuan pikirnya yang banyak menghasilkan karya agung. Namun tidak sedikit tulisan maupun ucapan yang mencemoohkannya sewaktu teorinya diungkapkan kepada khalayak ramai. Hingga kinipun masih ada orang-orang yang mengatakan telah berhasil membuat teori yang menandingi teori Einstein. Marilah kita telusuri apa yang telah disumbangkan Einstein pada dunia ilmu pengetahuan, khususnya fisika dan kemudian kita kenali pribadi dan riwayat hidupnya.

Teori Relativitas Khusus
Pada tahun 1905 jurnal ilmiah Swiss Annalen der Physic voluma 17 memuat karya tulis seorang pemuda berusia 26 tahun yang berjudul: “Zur Elektrodinamik der bewegter Korper” yang artinya: Mengenai Elektrodinamika Benda Bergerak. Karya ilmiah ini menelaah bagaimana hukum-hukum elektrodinamika yang terangkum dalam persamaan-persamaan Maxwell dapat dituliskan, sehingga tak berubah bentuknya untuk berbagai sistem koordinat yang bergerak dengan kecepatan tetap terhadap yang lain.

Pemuda tadi adalah Albert Einstein yang waktu itu tidak bekerja di lingkungan universitas. tetapi sebagai penelaah pada Kantor Paten di Bern, Swiss. Karya tulis ini terdiri dari 30 halaman yang terbagi menjadi 2 bagian, yaitu kinematika yang menelaah gerak benda dan elektrodinamika. Satu keistimewaan dari karya tulis ini adalah tidak menzacu pada karya tulis lain.

Dengan ketajaman pikir dan kemampuannya untuk mengambil pengertian yang paling mendasar, Einstein mengemukakan bahwa di dalam alam tak ada kerangka acuan yang mutlak diam. Yang ada hanyalah kerangka acuan yang saling bergerak satu terhadap yang lain; jadi yang ada hanyalah kerangka acuan relatif. Selanjutnya Einstein mengemukakan dua buah postulat.

Postulat pertama tak lain adalah prinsip relativitas Galileo, yang menyatakan bahwa hukum-hukum fisika berlaku untuk semua sistem yang bergerak lurus dengan laju tetap terhadap yang lain. Dalam sistem semacam ini hukum inersia Newton (hukum I Newton) berlaku, sehingga sistem semacam ini disebut sistem inersial. Prinsip ini digunakan oleh Einstein untuk merumuskan persamaan-persamaan Maxwell pada teori elektromagnetik dalam bentuk yang ringkas dan berlaku untuk benda-benda yang bergerak lurus beraturan.

Perombakan yang mendasar terjadi pada kinematika. Disini postulat Einstein yang kedua merombak pengertian orang tentang waktu secara amat mendasar. Postulat ini menyatakan bahwa kecepatan rambat cahaya tak bergantung pada gerak sumber terhadap pengamat. Ini berarti bahwa kecepatan cahaya tidak mengikuti hukum penjumlahan kecepatan, seperti yang berlaku pada benda pada umumnya. Agar anda merasa bahwa ini luar biasa, bayangkan anda di tanah mengamati sebuah kendaraan bergerak lurus amat cepat, misalkan dengan kecepatan setengah laju cahaya atau C/2. Seseorang pada kendaraan itu menyinarkan cahaya ke arah depan. Oleh karena kecepatan cahaya terhadap sumber adalah C, maka anda kira cahaya akan bergerak dengan laju: C + 1/2C= 1 1/2C, bukan? Menurut postulat Einstein kecepatan cahaya terhadap anda adalah tetap C. Di kemudian hari pernyataan ini dibuat lebih umum, yang berlaku untuk semua interaksi lain, seperti interaksi gravitasi, interaksi lemah dan sebagainya.

Dengan berpegang pada postulat bahwa laju rambat cahaya tak bergantung pada gerak sumber, Einstein mulai mempertanyakan tentang hal-hal yang amat mendasar tentang waktu.

Oleh karena yang dirombak oleh Einstein adalah pengertian yang amat dasar, yaitu pengertian tentang ruang dan waktu, maka tercakup pula masalah dinamika yang umum, yaitu yang berlaku untuk semua nilai kecepatan. Masalah dinamika ini menyangkut pengertian gaya, momentum, energi dan massa. Dua hal yang terakhir inipun mendapat perombakan yang besar dari Einstein.

Pada jurnal yang sama, Einstein juga menulis suatu makalah kecil terdiri dari dua setengah halaman yang berjudul: “Apakah inersia (massa) sebuah benda bergantung kepada energi yang dikandungnya?”. Karya ini untuk pertama kalinya mengungkapkan bahwa massa sebuah benda berubah dengan laju geraknya. Makin cepat geraknya, makin besar pula massanya. Dengan karya ini disimpulkan bahwa laju cahaya adalah batas laju alam. Hal yang sama berlaku untuk informasi. Kita tak mungkin inengirimkan informasi secara fisika dengan laju melebihi laju cahaya dalam vakum, yaitu kira-kira 300.000 km/detik. Kesimpulan lain dalam tulisan ini yang mempunyai dampak besar yang mencakup hidup dan mati, dan mungkin juga peradaban kita adalah bahwa massa dan energi adalah setara. Dengan artikel dua setengah halaman ini Einstein merombak pengertian suatu besaran fisika lagi, yaitu energi dan massa. Dengan de-mikian tumbang pula hukum kekekalan massa.

Kedua makalah Einstein di atas terbatas pada sistem khusus, yaitu yang bersifat inersial atau yang ber-gerak dengan kecepatan tetap. Oleh sebab itu teori relativitas yang berhubungan dengan ini disebut teori relativitas khusus.

Teori ini telah diuji orang dan ternyata didapat hasil-hasil percobaan seperti yang diharapkan. Peristiwa pemuluran waktu diamati pada zarah-zarah kosmik yang menghujani bumi. Sommerfeld menggunakan teori relativitas khusus untuk menerangkan pemisahan garis-garis spektrum cahaya yang berasal dari atom. Selanjutnya teori relativitas khusus digunakan untuk membahas peristiwa di dalam inti atom dan juga untuk membahas interaksi elektromagnet untuk ukuran atom, suatu cabang fisika yang dikenal sebagai elektrodinamika kuantum.

Perubahan massa terhadap laju gerak telah diamati orang pada pengukuran spektrometer massa. Kesetaraan massa dan energi telah dimanfaat-kan orang untuk membuat reaktor nuklir daya dan bom nuklir. Einstein sering disebut sebagai Bapak bom nuklir oleh karena penemuannya atas prinsip kesetaraan energi dan massa. Einstein sendiri tidaklah aktif dalam proyek pembuatan bom nuklir. Keikutsertaan Einstein terbatas pada menulis surat kepada Presiden Roosevelt yang menyatakan kelayakan pembuatan bom nukhr berdasar pada hasil-hasil percobaan fisi nuklir oleh Lise Meitner dari Jerman.

Teori Relativitas Umum
Einstein belum merasa puas dengan teori relativitas khusus yang hanya terbatas pada sistem inersial. Prinsip relativitas Galileo diperlunya untuk gerak yang umum dan diberinya nama prinsip kovariansi umum.

Selanjutnya Einstein memusatkan perhatiannya pada teori grativitasi. Di sinipun ia melakukan perombakan yang amat mendasar. Ia memandang medan gravitasi (medan gaya tarik benda bermassa) sebagai suatu medan geometri. Einstein menyatakan bahwa bila ada medan gravitasi, geometri ruang menjadi tidak datar lagi. Dalam mengembangkan teori gravitasi Einstein menggunakan satu prinsip lagi yang disebutnya prinsip kesetaraan. Prinsip ini menyatakan bahwa massa inersial adalah sama dengan massa gravitasi. Teori ini mula sekali diterbitkan pada tahun 1911, dan versi yang lebih lengkap diterbitkan pada tahun 1916. Hasil akhir teori ini adalah yang dikenal sebagai persamaan-persamaan Einstein, yang mencakup persamaan medan dan persamaan gerak untuk teori relativitas umum. Persamaan-persamaan Einstein mempunyai bentuk yang amat sederhana namun untuk memahaminya kita perlu belajar teori tensor dan ilmu ukur Riemann dalam ruang empat dimensi.

Einstein menunjukkan bahwa untuk medan gravitasi yang lemah, persamaan persamaan Einstein akan menghasilkan gaya gravitasi Newton. Einstein juga meramalkan bahwa oleh karena geometri, ruang disekitar matahari menjadi lengkung oleh akibat adanya massa matahari dan cahaya matahari dan bintang akan dibelokkan oleh matahari.

Ramalan ini diperiksa oleh suatu kelompok ilmuwan pada waktu terjadi gerhana matahari. Pada tahun 1918 kelompok ini melaporkan bahwa perhitungan dengan menggunakan relativitas memberikan hasil yang cocok dengan hasil pengukuran.

Karl Schwarchild seorang fisikawan Jerman menggunakan persamaan Einstein untuk menentukan gaya gravitasi suatu titik massa di dalam medan gravitasi suatu benda bermassa. Teori relativitas umum memberikan hasil perhitungan yang cocok dengan peristiwa bergesernya (presisi) sumbu elips peredaran planit Merkurius mengelilingi matahari. Peristiwa ini sudah lama diketahui orang, namun tak ada yang dapat memberi keterangan, apa lagi melakukan perhitungan dengan hasil yang cocok dengan pengamatan.

Akhir-akhir ini teori relativitas umum digunakan orang untuk menganalisa sifat-sifat benda anlariksa yang dikenal dengan nama lubang hitam (black Benda ini adalah sisa ledakan bintang dimana terjadi pemampatan materi yang amat kuat, membentuk suatu ‘titik’ dengan massa yang amat besar. Dalam teori relativitas umum ini disebut singularitas. Dalam ruang disekitar suatu singularitas, geometri ruang-waktu mempunyai lengkungan yang amat kuat, sehingga semua benda termasuk cahaya akan dibelokkan gerakannya dan tersedot kedalamnya. Cahaya atau foton yang melintas didekat suatu singularitas tidak akan tampak oleh mata, sehingga disebut lubang hitam. Benda semacam ini diamati pada gugus Cygnus di dalam galaksi kita, dimana diamati adanya gerak aneh dari suatu bintang, yaitu, seolah-olah ada dua buah bintang namun yang lain tak tampak. Selain itu gas dari bintang yang tampak kelihatan tersedot oleh suatu yang tak tampak. Gas yang tersedot ini akan terlepas elektronnya dan sebelum tersedot masuk, sempat memancarkan sinar-X yang dapat ditangkap manusia.

Setelah merampungkan teori relativitas umum untuk membahas medan gravitasi, Einstein mengalihkan perhatiannya pada kosmologi, yaitu ilmu tentang alam semesta. Dari teori relativitas umum ia berkesimpulan bahwa alam merupakan sistem yang tertutup. Ini berarti bahwa bila dikirimkan seberkas cahaya yang cukup kuat, maka pada suatu saat boleh jadi cahaya itu akan kembali ke tempat kita. Sudah barang tentu berjuta tahun kemudian. Tidak semua orang menerima kesimpulan ini; perdebatan seru tentang hal ini masih terus berlangsung hingga kini.

Sejak tahun 1920 hingga saat meninggalnya pada tahun 1955, Einste-in berusaha membuat suatu teori yang mempersatukan teori medan gra-vitasi dan teori medan elektromagnetik. Medan gravitasi adalah medan geometri ruang waktu oleh adanya massa, sedangkan medan elektromagnetik disebabkan oleh muatan listrik, dan pada hakekatnya pada medan fisis, Sampai akhir hayatnya Einstein tak berhasil memperoleh teori yang dapat diterima oleh dunia fisika seperti halnya teori-teori relativitas umum. Teori terakhir ini disebutnya teori medan di persatukan.

Mekanika Statistik dan Kuantum
Pada tahun 1905, juga di jurnal Annalen der Physik, Einstein menulis tentang gerak Brown, yaitu gerak zarah-zarah kecil pada permukaan zat cair oleh karena tendangan-tendangan molekul zat cair. Gerak ini dapat diamati dengan mikroskop pada serbuk yang ditaburkan pada permukaan air. Dalam membahas gerak Brown, Einstein menggunakan pengertian fisika statistik yang dikembangkan oleh Ludwig Boltzmann. Sebelum Einstein mengemukakan pembahasan gerak Brown, orang-orang pada zaman itu belum dapat menerima pendekatan atomik guna membahas sifat mikroskopik. Einstein termasuk orang pertama yang melihat pemakaian teori statistik Boltzmann untuk memecahkan masalah fisika. Sangatlah ironis bahwa pada tahun 1906 Boltzman menghabisi nyawa sendiri dalam keadaan depresi mental dan setelah karya Einstein tentang gerak Brown orang mulai mengakui dan mengembangkan fisika statistik.

Nama Einstein tercatat pada Fisika Zat Padat dalam penggunaan Statistik Boltzman untuk membahas teori kapasitas kalor dalambenda padat. Dalam fisika statistik nama Einstein telah diabadikan dalam statistik Bose—Einstein, yaitu fungsi distribusi keboleh jadian yang diikuti oleh zarah-zarah tertentu seperti foton dan berbagai zarah dasar yang lain. Pada tahun 1905 Einstein menulis karya yang membahas peristiwa foto-listrik, yaitu peristiwa terpentalnya elektron dari permukaan logam bila disinari dengan cahaya dalam daerah panjang gelombang tertentu. Hadiah Nobel untuk fisika yang diterima oleh Einstein pada tahun 1920 menyebutkan jasa-jasa Einstein dalam bidang foto listrik dan berbagai sumbangan pada fisika teori; sama sekalif tak menyebutkan teori reIativitas. Suatu pandangan baru tentang cahaya dikemukakan oleh Einstein dalam membahas teori foto listrik, yaitu bahwa dalam interaksinya dan berperilaku seperti suatu zarah yang disebut foton oleh Einstein. — SOETRISNO

Sumber: Majalah AKU TAHU/April 1983.

Share
%d blogger menyukai ini: