Menerapkan Teori Relativitas Special Dalam Praktek

 

Teori relativitas biasanya mencakup dua teori yang saling terkait oleh Albert Einstein: relativitas khusus yang diterbitkan pada tahun 1905 dan relativitas umum yang diterbitkan pada tahun 1915. Relativitas khusus berlaku untuk semua fenomena fisik tanpa adanya gravitasi. Relativitas umum menjelaskan hukum gravitasi dan hubungannya dengan kekuatan alam lainnya.

Teori relativitas dikembangkan oleh Albert Einstein pada awal abad ke-20 karena ketidakmampuan fisika klasik untuk menjelaskan beberapa pengamatan. Ia memiliki dua komponen, relativitas khusus dan relativitas umum.

Relativitas khusus didasarkan pada konsep dasar kecepatan konstan cahaya, dan peristiwa fisik harus tampak sama bagi semua pengamat dan berlaku untuk semua fenomena fisik tanpa banyak tarikan gravitasi. Relativitas umum adalah gagasan bahwa waktu dan ruang adalah dua aspek ruang-waktu, dan apa yang kita anggap gravitasi adalah pembelokan ruang-waktu.

Ilmuwan yang mempelajari alam semesta memiliki filosofi favorit yang dikenal sebagai “prinsip melankolis”, yang pada dasarnya menunjukkan bahwa tidak ada yang benar-benar istimewa tentang Bumi, Matahari, atau galaksi Bima Sakti dibandingkan dengan sisa alam semesta.

Sekarang, penelitian baru dari University of Colorado di Boulder (CU Boulder) menambahkan bukti lain untuk kasus biasa-biasa saja: Galaksi, rata-rata, diam sehubungan dengan alam semesta awal. Jeremy Darling, seorang profesor astrofisika CU Boulder, menerbitkan temuan kosmologis baru ini pada 26 Mei 2022, dalam jurnal Astrophysical Journal Letters .

“Apa yang dikatakan penelitian ini kepada kita adalah bahwa kita memiliki gerakan lucu, tetapi gerakan lucu itu konsisten dengan semua yang kita ketahui tentang alam semesta—tidak ada yang istimewa terjadi di sini,” kata Darling. “Kami tidak istimewa sebagai galaksi atau sebagai pengamat.”

Kira-kira 35 tahun yang lalu, para peneliti menemukan latar belakang gelombang mikro kosmik, yang merupakan radiasi elektromagnetik yang tersisa dari pembentukan alam semesta selama Big Bang . Latar belakang gelombang mikro kosmik tampak lebih hangat ke arah gerakan kita dan lebih dingin dari arah gerakan kita.

Dari pancaran alam semesta awal ini, para ilmuwan dapat menyimpulkan bahwa Matahari—dan Bumi yang mengorbit di sekitarnya—bergerak ke arah tertentu, dengan kecepatan tertentu. Para peneliti menemukan bahwa kecepatan yang kita duga adalah sebagian kecil dari persen kecepatan cahaya—kecil, tapi bukan nol.

Para ilmuwan secara independen dapat menguji kesimpulan ini dengan menghitung galaksi yang terlihat dari Bumi atau menambahkan kecerahannya. Mereka dapat melakukan ini sebagian besar berkat teori relativitas khusus Albert Einstein tahun 1905, yang menjelaskan bagaimana kecepatan mempengaruhi ruang dan waktu. Dalam aplikasi ini, seseorang di Bumi yang melihat ke alam semesta dalam satu arah—arah yang sama dengan pergerakan Matahari dan Bumi—akan melihat galaksi yang lebih terang, lebih biru, dan lebih terkonsentrasi. Demikian pula, dengan melihat ke arah lain, orang tersebut akan melihat galaksi yang lebih gelap, lebih merah, dan berjarak lebih jauh.

Tetapi ketika para penyelidik mencoba menghitung galaksi dalam beberapa tahun terakhir—sebuah proses yang sulit dilakukan secara akurat—mereka telah menemukan angka-angka yang menunjukkan bahwa Matahari bergerak jauh lebih cepat daripada yang diperkirakan sebelumnya, yang bertentangan dengan kosmologi standar.

“Sulit untuk menghitung galaksi di seluruh langit—Anda biasanya terjebak dengan belahan bumi atau kurang,” kata Darling. “Dan, di atas itu, galaksi kita sendiri menghalangi. Ia memiliki debu yang akan menyebabkan Anda menemukan lebih sedikit galaksi dan akan membuatnya terlihat lebih redup saat Anda mendekati galaksi kita.”

Darling tertarik dan bingung dengan teka-teki kosmologis ini, jadi dia memutuskan untuk menyelidikinya sendiri. Dia juga tahu ada dua survei yang baru-baru ini dirilis yang dapat membantu meningkatkan akurasi penghitungan galaksi—dan menjelaskan misteri kecepatan: satu disebut Very Large Array Sky Survey (VLASS) di New Mexico, dan yang lainnya disebut Rapid Australian Square Kilometer Array Pathfinder Continuum Survey (RACS) di Australia.

Saya menyukai gagasan bahwa prinsip dasar yang dikatakan Einstein kepada kita sejak lama adalah sesuatu yang dapat Anda lihat. Ini adalah hal yang sangat esoteris yang tampaknya sangat aneh, tetapi jika Anda keluar dan menghitung galaksi, Anda dapat melihat efek yang rapi ini. Ini tidak begitu esoteris atau aneh seperti yang Anda bayangkan.” —
Jeremy Darling

Bersama-sama, survei ini memungkinkan Darling untuk mempelajari seluruh langit dengan menggabungkan pemandangan dari belahan utara dan selatan. Yang penting, survei baru juga menggunakan gelombang radio, yang membuatnya lebih mudah untuk “melihat” menembus debu Bima Sakti, sehingga meningkatkan pandangan alam semesta.

Ketika Darling menganalisis survei, ia menemukan bahwa jumlah galaksi dan kecerahannya sangat sesuai dengan kecepatan yang sebelumnya disimpulkan oleh peneliti dari latar belakang gelombang mikro kosmik.

“Kami menemukan arah terang dan arah redup—kami menemukan arah di mana ada lebih banyak galaksi dan arah di mana ada lebih sedikit galaksi,” katanya. “Perbedaan besarnya adalah ia sejajar dengan alam semesta awal dari latar belakang gelombang mikro kosmik dan memiliki kecepatan yang tepat. Kosmologi kita baik-baik saja.”

Karena temuan Darling berbeda dari hasil sebelumnya, makalahnya kemungkinan akan mendorong berbagai penelitian lanjutan untuk mengkonfirmasi atau membantah hasilnya.

Tetapi selain mendorong bidang kosmologi ke depan, temuan ini adalah contoh nyata yang baik dari teori relativitas khusus Einstein—dan mereka menunjukkan bagaimana para peneliti masih mempraktikkan teori tersebut, lebih dari 100 tahun setelah fisikawan terkenal itu pertama kali mengusulkannya. .

“Saya menyukai gagasan bahwa prinsip dasar yang dikatakan Einstein kepada kita sejak lama adalah sesuatu yang dapat Anda lihat,” kata Darling. “Ini adalah hal yang sangat esoteris yang tampaknya sangat aneh, tetapi jika Anda keluar dan menghitung galaksi, Anda dapat melihat efek yang rapi ini. Ini tidak begitu esoteris atau aneh seperti yang Anda bayangkan.” ( sumber : osoyoostoday.ca )